Студопедия

КАТЕГОРИИ:



Мы поможем в написании ваших работ!

Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

Мы поможем в написании ваших работ!

Введение. Цель изучения дисциплины «Строительные конструкции» - овладение знаниями по методикам расчета, основным принципам проектирования строительных конструкций и


Цель изучения дисциплины «Строительные конструкции» - овладение знаниями по методикам расчета, основным принципам проектирования строительных конструкций и приобретение практических навыков для решения задач, связанных с реализацией профессиональных функций.

(слайд1) РАЗДЕЛ 1. ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

ЛЕКЦИЯ №1. БЕТОН. СТРУКТУРА БЕТОНА. ПРОЧНОСТЬ И ДЕФОРМАТИВНОСТЬ. КЛАССЫ И МАРКИ БЕТОНА. АРМАТУРА. НАЗНАЧЕНИЕ И КЛАССИФИКАЦИЯ. МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА. АРМАТУРНЫЕ СВАРНЫЕ ИЗДЕЛИЯ

(слайд 2)Бетон.Бетон по структуре представляет собой неоднород­ный материал, большую часть объема которого занима­ют инертные заполнители (крупный — щебень или гра­вий и мелкий — песок), скрепленные в единый монолит с помощью цементного камня, образованного из хими­чески активных составляющих — цемента, воды (хими­чески связанной и свободной).

В цементном камне химические процессы происхо­дят длительное время. В связи с этим в бетоне со вре­менем прочность нарастает, несколько изменяется объ­ем, в зависимости от соотношения состава бетона и химического состава цемента, происходит усадка или (при использовании специальных цементов) расшире­ние.

Бетон не обладает абсолютной плотностью даже при тщательном уплотнении сырой смеси. По условиям удобоукладываемости в него всегда вводят избыточное (сверх необходимого для химической реакции с цемен­том) количество воды. Избыточная вода, испаряясь, об­разует капиллярные ходы в цементном камне и полости под зернами крупного заполнителя и стержнями арма­туры. По этим полостям и частично капиллярам воз­можно перемещение влаги и газа в толще бетона. Этим обусловливаются частичные влаго- и газопроницаемость бетона — свойства, которые необходимо принимать во внимание при строительстве объектов транспорта и хранения нефти и газа. Уменьшить пористость можно снижением на­чального содержания воды в бетонной смеси, наиболь­шим уплотнением при укладке сырого бетона, вве­дением химически активных добавок, обладающих способностью набухать при увлажнении.



Наиболее важная характеристика механических свойств бетона - сопротивление сжатию.Оно зависит от прочности цементного камня, качества заполнителей, а также от плотности бетона. (слайд 3)Прочность цементного камня тем выше, чем выше активность (марка) цемен­та и ниже водоцементное отношение смеси. Для приго­товления тяжелых бетонов применяют плотные заполнители, более прочные, чем цементный камень. В этих условиях прочность бетона несколько больше в том случае, если поверхность заполнителей шероховата (что улучшает их сцепление с цементным камнем). Поэтому для приготовления бетона щебень предпочти­тельнее гравия.

В соответствии с действующими нормами сопротивление сжатию бетона определяется на опытных образцах в форме кубов с ребром 150 мм. Длительность твердения бетонных контрольных образцов для монолитных конструкций принята 28 дней, для сборных - более короткой в зависимости от способа их изготовления и режима твердения. Класс (марка) бетона устанавливается по временному сопротивлению сжатию бетона в мегапаскалях.

Строительными нормами и правилами установлены следующие проектные марки тяжелого бетона по прочности на сжатие: B3.5; B5;B7.5; B10; B12.5; B15; B20; B25; B30; B35; B40; B45; B50; B55; B60. Кубиковую прочность бетона определяют испытанием на сжатие контрольных образцов стандартных размеров, выдерживаемых при стандартных условиях хранения.

(слайд 4)При сжатии начальные размеры кубического образца сокращаются в направлении действующего усилия и увеличиваются в поперечном направлении (рисунок 1.1). Из испытаний бетона на растяжение установлено, что предельные относительные деформации удлинения бетона в 10—20 раз меньше предельных относительных деформаций сжатия. Разрушение сжатого образца происходит вследствие поперечного расширения материала, вызывающего образование трещин. (слайд 5)Если деформациям образца в поперечном направлении ничто не препятствует [торцы образцов смазаны (рисунок 1.1, а)], то трещины ориентированы вдоль сжимающего усилия; если по­перечное расширение образца стеснено усилиями трения, развивающимися по его торцам [торцы образцов не смазаны (рисунок 1.1, б)], то трещины направлены под углом к действующим усилиям. Во втором случае сопротивление бетона сжатию значительно выше (в 2 - 2,5 раза). Стандартное условие испытания кубических образцов — без смазки торцов.

В образцах-призмах влияние сил трения по торцам уменьшается по мере увеличения отношения высоты призмы к стороне ее основания, при четырехкратной вы­соте призм и более это влияние несущественно. Опыты показали, что призменная прочность бетона на сжатие на 20—30% ниже кубиковой.(слайд6 рисунок)

  а)
  а)


б)


Рисунок 1.1 – Разрушение кубических образцов при сжатии

а) торцы образца смазаны; б) образцы без смазки;

1 – трещины; 2 – смазка;u – сокращение образцов вдоль сжимающих усилий;

v – расширение образцов в поперечном направлении

 

Прочность бетона при осевом растяжении составля­ет 1/10—1/15 кубиковой прочности при сжатии. При изгибе бетонных балочных образцов прочность бетона на растяжение примерно на 70% выше его прочности при осевом растяжении.

(слайд7)В СНиП 2.03.01 – 84 «Бетонные и железобетонные конструкции» даны проектные марки для тяжелого бетона по прочности на осевое растяжение, МПа:Bt0.8, Bt1.2, Bt1.6, Bt2, Bt2.4, Bt2.8, Bt3.2; по средней плотности(кг/м3):тяжелый бетон от D2200 до D2500;легкий бетон от D800 до D2000; поризованный бетон от D800 до D1400;ячеистый от D500 до D1200; по моро­зостойкостив зависимости от числа выдерживаемых образцами циклов попеременного замораживания и оттаивания в насыщенном водой состоянии: тяжелый и мелкозернистый бетоны –– F50, F75, F100, F150, F200, F300, F400, F500; легкий бетон –– F25, F35, F50, F75, F100, F150, F200, F300, (слайд8)F400, F500; ячеистый и поризированный бетоны –– F15, F25, F35, F50, F75, F100;по водонепроницаемости, в зависимости от давления воды (в кгс/см2), при кото­ром еще не наблюдается просачивание ее через испы­туемые образцы: W2, W4, W6, W8, W10 и W12. Эти виды марок предусматриваются для конструкций, находящихся в специфических условиях эксплуатации.



 

Бетон – неупругий материал. В нем зависимость между напряжениями σ и относительными деформациями ε не линейна (рисунок 1.2).(слайд 9 рис)Полные деформации εb

εb
σb
Rb


Рисунок 1.2 – Зависимость между сжимающими напряжениями и деформациями бетона при кратковременном однократном нагружении:

1 – полные упругопластические деформации; 2 – упругие деформации

 

состоят из упругих (мгновенных, обратимых) εel и пластических (развивающихся во времени, необратимых) εpl деформаций. В условиях однократного кратковременного си­лового воздействия по мере возрастания напряжений доля пластических деформаций увеличивается.

б)
εппр


а)


С увеличением длительности процесса нагружения t деформации бетона (рисунок 1.3, а): при одном и том же напряжении σ1они тем больше, чем больше t.(слайд10 рис.)

Рисунок 1.3 – Графики зависимости «напряжения – деформации» в бетоне:

а) при различной длительности испытаний;

б) при длительном воздействии постоянного напряжения;

(слайд 11)Бетону свойственна ползучесть, т. е. самопроизволь­ное возрастание деформаций при постоянном длитель­ном напряжении материала (рисунок 1.3,б). В конструкци­ях деформации ползучести постепенно затухают, асимп­тотически приближаясь к некоторому предельному значению εппр.

Ползучесть бетона обусловлена природой цементно­го камня; она тем выше, чем больше количество цемен­та и начальное содержание воды в бетонной смеси, а также чем меньше возраст бетона к моменту приложе­ния нагрузки. Деформации ползучести зависят от уров­ня напряжений в бетоне: чем выше напряжения в бето­не, тем больше деформации ползучести. Показатели ползучести зависят также от вида цемента, убывая в последовательности: шлакопортландцемент, обычный портландцемент, высокопрочный портландцемент, гли­ноземистый цемент.

Наиболее интенсивно ползучесть бетона проявляется в первые несколько месяцев после приложения нагруз­ки, достигая предельного значения εппр через несколько лет: εппр может быть в 2—3 раза больше упругих дефор­маций. Ползучесть бетона оказывает значительное вли­яние на напряженное и деформированное состояние железобетонных конструкций.

(слайд12)Упругие свойства бетона оценивают с помощью на­чального модуля упругости бетона Еb, определяемого из испытаний призм на сжатие по показателям начальной части зависимости σ — ε.

Модуль полных деформаций бетона, Е’b описывает полные деформации в бетоне (с учетом ползучести) и является переменной величиной. Описать изменение Е’b аналитически достаточно сложно, а для расчета железобетонных конструкций пользуются средним модулем или модулем упругопластичности бетона. Его обозначают также Е’b .Определяется он как тангенс угла наклона секущей в точке на кривой σ — ε с заданным напряжением σb. За­висимость между величинами Еb и Е’b определяют на основании рисунка 1.2 из соотношений:

 

и

 

(слайд13)где

 

Коэффициент v отражает соотношение упругой части деформации бетона к ее полной величине. По данным опытов для сжатого бетона значения v изменяются от 1 до 0,15.

Бетон обладает высокой огнестойкостью, способен более длительное время, чем многие строительные материалы, сопротивляться действию огня, обеспечивая несущие и эксплуатационные функции конструкций.

Применение обычного тяжелого бетона возможно и для конструкций, находящихся в условиях системати­ческого воздействия повышенных температур порядка 50—200° С. В качестве вяжущего используется портландцемент (шлакопортландцемент), а в качестве заполнителей — граниты, доломиты, сиени­ты, плотные известняковые и другие породы.

Если конструкция должна работать в условиях дли­тельного воздействия температур выше 200° С, для ее изготовления применяют жаростойкий бетон. В нем в зависимости от степени нагрева в качестве вяжущих используют глиноземистый цемент, портландцемент, жидкое стекло с отвердителями (кремнефтористым на­трием, нефелиновым шламом) и с тонкомолотыми до­бавками (шамотными, магнезитовыми, шлаковыми, зольными и др.). Заполнителями служат хромит, дио­рит, базальт, диабаз, андезит, шамотный и кирпичный бой, доменный и котельный шлаки.

(слайд14)Бетон весьма долговечный материал. В нормальных условиях его структура и прочность не нарушаются не­ограниченно долгое время.

В условиях агрессивных сред — газовой (наличие кислых газов в сочетании с повышенной влажностью), жидкой (растворы кислот, щелочей, солей, растворите­ли, масла, растворы сахара), твердых материалов (агрессивная пыль в сочетании с высокой влажностью воздуха, уголь, многие руды, соли, шлаки и т.д.) — бетон преждевременно разрушается.

Стойкость бетона к воздействию агрессивных фак­торов можно повысить проведением ряда мероприятий, среди которых: (слайд15)

- повышении плотности бетона, что достигается надлежащим подбором его состава, выбо­ром соответствующего вида цемента и метода уплотне­ния при укладке бетонной смеси;

- снижение фильтру­ющей способности бетона, что связано с применением бетонов с малым водоцементным отношением и с вве­дением в бетон особых уплотняющих добавок;

- ис­пользование специальных кислотостойких вяжущих и заполнителей.

(слайд16)В зависимости от степени агрессивности среды на­значают следующие средства защиты конструкций:

- повышение стойкости обычного тяжело­го бетона;

- обработку его поверхностного слоя флюатированием, пропитку высокомолекулярными соедине­ниями и т. д.;

- покрытие специальными лаками, крас­ками, эпоксидными смолами;

- устройство химически стойких защитных покровных слоев из керамических плит или пластбетонов на полимерных вяжущих или с полимерными добавками и пропитками.

В промышленно-гражданском строительстве помимо обычного тяжелого бетона применяют также бесцемент­ные бетоны на плотных заполнителях (силикатные, на шлаковых вяжущих, гипсовые), бетоны на пористых за­полнителях (керамзите, аглопорите, шлаковой пемзе, пер­лите, туфах и др.), ячеистые бетоны. Для изоляции газопро­водов используют бетоны на пористых заполнителях не­которых разновидностей.

(слайд 17)Арматура.Арматура в железобетонных конструкциях предназначена преимущественно для восприятия растягивающих усилий в изгибаемых и растянутых элементах и для усиления сечений сжатых элементов. Необходимое ее количество определяют расчетом на восприятие проектных нагрузок. Эта арматура называется рабочей.

Для восприятия усилий от усадочных и температурных деформаций бетона, монтажных нагрузок, для обеспечения проектного положения арматуры в элементах конструкций и по некоторым другим соображениям ставят монтажную арматуру.

(слайд18)Оба вида арматуры — рабочую и монтажную — объединяют в арматурные изделия — сварные и вязаные сетки и каркасы (плоские и пространственные), которые соответствующим образом размещают в железобетонных элементах (рисунок 1.4).

Стальная арматура для железобетонных конструкций в зависимости от технологии изготовления подразделяется на горячекатаную, стержневую и холоднотянутую проволочную.

(слайд19)Под стержнем подразумевается арматура любого диаметра независимо от того, поставляется она в прутках или мотках. Стержневая арматура, проходящая после прокатки (в целях упрочнения) термическую обработку, называется термически упрочненной, а подвергающаяся вытяжке в холодном состоянии упрочненной вытяжкой.

 

По условиям применения арматуру, подвергаемую предварительному натяжению, называют напрягаемой арматурой.(слайд20 рис.)

Рисунок1.4 – Железобетонные элементы и их арматура

а) сетка; б) плоские каркасы; в)пространственный каркас;

1 – плита; 2 – балка; 3 –колонна

 

(слайд 21)В зависимости от характера поверхности арматуры различают арматуру гладкую и периодического профиля, с выступами на стержневой (рисунок 1.5) и вмятинами на проволочной арматуре для лучшего сцепления ее с бетоном.

б)
Стержневая арматурная сталь подразделяется на шесть классов: A-I, A-II, А-Ш и т.д., в зависимости от основных ее механических характеристик (таблица 1) В обозначении класса стали упрочнение ее отмечается дополнительным индексом т (термическое упрочнение, например Ат-V). К каждому классу может принадлежать не одна марка стали, а несколько.(слайд 22)

а)
в)


 

Рисунок 1.5 – Арматура периодического профиля

г)
б)
а)стержневая класса А-П; б)то же, A-III;

в) улучшенный профиль A-IV,А-V;г)холоднодеформированная

В марке стали отражаются главные особенности ее химического состава. Так, в марке 25Г2С первая цифра обозначает содержание углерода в сотых долях процен­та (0,25%), буква Г, что сталь легирована марганцем, цифра 2 показывает, что его содержание может достигать 2%, а буква С — наличие в стали кремния (силиция). Буква X в марке 20ХГ2Ц обозначает, что сталь легиро­вана хромом.

Стержневая арматура классов A-IV, A-V и всех классов Ат предназначена для применения с предварительным напряжением.

(слайд 23)Арматурная проволока подразделяется на два класса: обыкновенная арматурная проволока B-I (холоднотянутая, низкоуглеродистая) и Вр-I (периодического профиля), предназначенная к применению без предварительного напряжения, и высокопрочная арматурная проволока В-II (волоченая, холоднотянутая, углеродистая) и Вр-II (периодического профиля), предназначенная к применению с предварительным напряжением.

Из проволочной арматуры на заводах изготовляют арматурные изделия. Для предварительно-напряженных конструкций используют стальные арматурные канаты клас­сов К-7, К-19 [семи-, девятнадцатипроволочные (рисунок 1.6, а), а также многопрядные класса K×N, где N — число прядей в канате. К проволочным арматур­ным изделиям относятся также арматурные пучки(рисунок 1.6, б.). Каждый пучок образуется из прямых про­во­лок или прядей, в большинстве случаев расположен­ных по окружности (что фиксиру­ется постановкой специальных спиралей или «звездочек»), закрепленных по концам в специальных анкерах; проволоки (пряди) впучках размещаются группами с просветами для доступа цементного раствора внутрь пучка.

 

Пучки могут быть однорядными или многорядными.(слайд 24 рис.)

б)


 

 

а)

 


Рисунок 1.6 – Арматурные изделия:

а) канаты; б) пучки; 1 – семипроволочный канат, вид сбоку;

2,3 – сечения канатов – семипроволочный, девятнадцатипроволочный;

4 – проволоки пучка; 5 – каналообразователь; 6 – спираль; 7 – коротыш

 

 

(слайд 25)Механические характеристики арматурных сталей определяются по эксперимен­тальной зависимости между напряжениями σи относительными деформациями ε (рисунок 1.7), получаемыми из испытания образца арматуры на растяжение. Для арматуры с площадкой текучести (рисунок 1.7, а) установлен физический предел текучести σт, МПа, т. е. напряжение, при котором образец деформируется без заметного увеличения нагрузки. Для арматуры без площадки текучести (рисунок 1.7, б) определя­ется условный предел текучести σ0.2, МПа, т.е. напряжение, при котором ос­таточная относительная деформация составляет 0,2%.

Предел текучести σт может быть повышен, если арматуру подвергнуть предварительному напряжению до значения σтт и затем отпустить, вследствие чего происходит упрочнение вытяжкой за счет так называемого наклепа стали. При последующих нагружениях сталь деформируется по укороченной диаграмме О'А'В (рисунок 1.7, а) с повышенным пределом текучести.

(слайд 26)Временное сопротивление сталиσвр,т. е. напряжение, соответствующее наибольшей нагрузке, предшествующей разрушению образца, как и предел текучести,— очень важная характеристика механических свойств стали.

σвр σ0,2 σ0,02  


ε
σ
σвр σт σт


б)
Арматурная сталь имеет высокий предел упругости,т.е. такое значение напряжения, выше которого начинаются отклонения от прямо пропорциональной зависимости между напряжениями и деформациями. (слайд 27 рис.)

а)


Рисунок 1.7 – Диаграммы растяжения арматурной стали:

а) с площадкой текучести;

б) без площадки текучести

Это весьма ценное качество стали, так как позволяет применять предварительное напряжение арматуры большой интенсивности. За предел упругости σ0,02, МПа, условно принимается напряжение, при котором остаточные относительные деформации составляют 0,02%.

Арматурная сталь обладает высокой пластичностью, что предотвращает возможность внезапного (хрупкого) разрушения железобетонных конструкций вследствие разрыва арматуры. Пластичность арматуры характеризуется значением полного относительного удлинения после разрыва δ, % (изменение первоначальной расчетной длины образца, включающей длину шейки разрыва), и значением относительного равномерного удлинения δр, % (изменение первоначальной расчетной длины образца, не включающей длину шейки разрыва). Относительное удлинение после разрыва для арматурной стали классов Α-Ι, А-П, Α-ΙΙΙ равно соответственно 25, 19, 14%, для других классов колеблется в пределах 8—4%.

Сварные сетки образуются посредством контактной точечной сварки в местах пересечений продольных и поперечных стержней; они бывают рулонные и плоские. Максимальные общие размеры для плоских сеток по ширине B=2,5 м, подлинеL = 9м; для рулонных по ширине В = 3,8 м, по длине определяются массой рулона по­рядка 100—500 кг (В и L — расстояния между крайними стержнями сеток). Сварные сетки изготовляют из стальной низкоуглеродистой холоднотянутой проволоки класса B-I диаметром 3—5 мм и горячекатаной низколегированной стали класса Α-III перио­дического профиля диаметром 6—9 мм. В рулонных сетках наибольший диаметр про­дольных стержней 7 мм. В условном обозначении сетки указываются ее основные па­раметры: марка t/t1/d/d1 в числителе и общие размеры B×L, в знаменателе.

Сварные каркасы образуются из продольных и поперечных стержней. Их делают плоскими и пространст­венными.

 

<== предыдущая лекция | следующая лекция ==>
Операционные системы. Примерная классификация прикладного программного обеспечения представлены на рис | Лекция № 1 (Обзорная)

Дата добавления: 2014-01-03; Просмотров: 627; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



ПОИСК ПО САЙТУ:


Рекомендуемые страницы:

Читайте также:
studopedia.su - Студопедия (2013 - 2021) год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! Последнее добавление
Генерация страницы за: 0.017 сек.