Расчет прочности центрально растянутых предварительно напряженных элементов (стр. 2 из 5)
Благодаря эффективному использованию высокопрочной арматуры в предварительно-напряженных конструкциях, повышенной их жесткости и ряду других преимуществ эти конструкции нашли широкое применение в практике строительства
1.5 Классификация и области применения железобетонных конструкций
Все железобетонные конструкции можно разделить на несколько видов:
а) по назначению — на конструкции для жилищного, общественного, промышленного, сельскохозяйственного и мелиоративного, транспортного, энергетического строительства и др.;
б) по материалу — из тяжелого бетона, из бетона на пористых заполнителях и из ячеистого бетона;
в) по способу выполнения — монолитные, возводимые непосредственно на объекте строительства; сборные, изготовляемые на заводах и полигонах; сборно-монолитные, возводимые из сборных элементов с добетонированием отдельных участков на месте строительства;
г) по способу армирования — с обычным армированием (каркасами, сетками и отдельными стержнями) и предварительным напряжением арматуры из высокопрочных стержней, проволоки или арматурных канатов.
С развитием строительной индустрии широкое распространение получили сборные железобетонные конструкции, которые в наибольшей степени отвечают требованиям максимальной индустриализации строительства. Монолитный железобетон в настоящее время применяется в особых случаях, например в индивидуальных с нетиповыми пролетами зданиях, в зданиях, возводимых в подвижной опалубке, и при достаточном технико-экономическом обосновании. Сборно-монолитные конструкции выгодны для большепролетных и других конструкций, когда добетонирование участков и замоноличивание стыков конструкций повышает общую пространственную прочность и жесткость здания или сооружения, в результате чего достигается и экономический эффект. На основные виды сборных конструкций имеются каталоги с указанием номенклатуры изделий, выпускаемых заводами для того или иного вида строительства.
1.6 Развитие производства железобетона
Железобетон, несмотря на некоторые недостатки (большую собственную массу изделий, высокую тепло- и звукопроводность, возможность появления трещин при изготовлении и эксплуатации конструкций и др.), которые малозначительны в сравнении с его многочисленными достоинствами, является основой современного капитального строительства. Массовое применение, как отмечено выше, имеют сборные железобетонные конструкции, которые не только отвечают требованиям индустриализации строительства, но и позволяют улучшить качество конструкций при их полкой заводской готовности, монтировать здания круглый год и снизить трудоемкость и стоимость их возведения.
В современном строительстве из сборного железобетона возводят одноэтажные (рис. 1—3) и многоэтажные промышленные здания, жилые крупнопанельные дома (рис. 4), мосты и эстакады, стойки ЛЭП, сельскохозяйственные строения, объекты подземные и наземные в гидротехническом и мелиоративном строительстве, коллекторы, тоннели и станции метрополитенов, сооружения связи и многие другие.
2. Основные сведения о материалах для железобетонных конструкций.
2.1 Бетон
Бетон для железобетонных конструкций должен обладать необходимой прочностью, хорошим сцеплением с арматурой, достаточной плотностью для защиты арматуры от коррозии, морозостойкостью, а также в особых случаях жаростойкостью при длительном действии высоких температур (более 200° С) и коррозионной стойкостью при агрессивном воздействии среды.
Бетоны подразделяют по следующим признакам:
1) по структуре — плотной структуры (процент меж-зерновых пустот не свыше 6), крупнопористые малопесчаные и беспесчаные, поризованные с искусственной пористостью затвердевшего вяжущего в пространстве между зернами заполнителя (процент пустот более 6); ячеистые о искусственно созданными порами;
2) по плотности (объемной массе) r кг/м3.— особо тяжелые, r > 2500; тяжелые, 2200 < r 
< 2500; облегченные, 1800 <r
2200; легкие, 500 < r 1800; особо легкие, r 
500;3) по виду вяжущего — цементные, силикатные (на известковом вяжущем), на гипсовом вяжущем, на смешанном и специальных вяжущих;
4) по виду заполнителя — на плотных заполнителях (для тяжелых бетонов), на пористых заполнителях (для легких и облегченных бетонов), на специальных заполнителях, удовлетворяющих требованиям биологической защиты от излучений, жаростойкости, химической стойкости и т. п.;
5) по зернистому составу заполнителя — крупнозернистые (с крупным и мелким заполнителем) и мелкозернистые (только с мелким заполнителем);
6) по условиям твердения — бетоны естественного твердения, подвергнутые тепловой обработке при атмосферном давлении и с тепловой обработкой в автоклавах.
Для несущих железобетонных конструкций применяют следующие бетоны основных видов:
тяжелый бетон — бетон плотной структуры, на цементных вяжущем и на плотных заполнителях, крупнозернистый, тяжелый по плотности, приготовленный при любых условиях твердения;
бетон на пористых заполнителях — бетон плотной структуры, на цементном вяжущем, на пористых. заполнителях, легкий или облегченный во плотности при любых условиях твердения.
Для сборных конструкций заводского изготовления рекомендован также силикатный бетон (на известковом вяжущем).
Рис. 1.1. Схемы работы железобетонных элементов под нагрузкой
2.2 Арматура
Назначение, виды и классы арматуры. Арматуру в железобетонных конструкциях применяют в качестве рабочей, определяемой по расчету, и монтажной, назначаемой без расчета по конструктивным соображениям. Рабочая арматура воспринимает растягивающие усилия в изгибаемых и растянутых элементах и усиливает сечения сжатых элементов. Монтажная арматура служит для установки в проектное положение и связи рабочей арматуры, для образования плоских и пространственных каркасов и сеток. Кроме того, она воспринимает усилия от усадочных и температурных деформаций бетона, от части монтажных нагрузок. В некоторых случаях монтажную арматуру можно учитывать в расчетах, что позволит снизить расход рабочей арматуры.
Стальная арматура в зависимости от технологии изготовления разделяется на горячекатаную стержневую и холоднокатаную проволочную. Арматура, подвергающаяся после прокатки (в целях упрочнения) термической обработке, называется термически упрочненной, а подвергающаяся вытяжке в холодном состоянии — упрочненной вытяжкой. Арматура, которая при изготовлении
конструкций предварительно натягивается до заданного напряжения (на упоры или на бетон), называется напрягаемой арматурой.
Арматура выпускается с гладкой поверхностью и с ребрами периодического профиля (рис. 1.5). Стержневая арматура периодического профиля, имеющая лучшее сцепление с бетоном, является основным видом рабочей арматуры.
Арматурная сталь подразделяется на классы в зависимости от профиля и основных ее механических свойств
Рис. 1.5. Арматура для железобетонных конструкций
а) стержневая арматура: горячекатаная круглая, гладкая — класса A-I; горячекатаная периодического профиля — классов A-II, A-III, A-IV и A-V; термически упрочненная горячекатаная периодического профиля — классов Ат-IV, Ат-V и Ат-VI;
б) проволочная арматура: обыкновенная проволока гладкая класса B-I и периодического профиля — класса Вр-1; высокопрочная проволока гладкая — класса B-II и периодического профиля — Вр-П;
в) арматурные канаты — класса К-7.
3. Растянутые железобетонные элементы
3.1. Расчет центрально-растянутых элементов
При работе центрально-растянутых элементов под нагрузкой различают три характерные стадии напряженно-деформированного состояния: стадию I — до образования трещин, стадию II—после образования трещин, стадию III — разрушение.
Рассмотрим характер изменения напряженно-деформированного состояния центрально-растянутого элемента по мере увеличения внешней нагрузки.
В стадии I (начальный период загружения) внешней растягивающей силе N1 сопротивляются бетон и арматура, которые имеют одинаковые деформации вследствие сцепления между собой. Если обозначить напряжения в бетоне sб.р и напряжения в арматуре sa.l , то условие равновесия сечений элемента будет иметь следующий вид:
N1=sб.р.Fб+sа1.Fа, где Fe—площадь сечения бетона; Fa — площадь продольной арматуры.
С увеличением внешней нагрузки напряжения в бетоне и арматуре возрастают. Когда напряжения в бетоне достигнут временного сопротивления растяжению:
(а деформации—предела растяжимости 
), в элементе образуются трещины (стадия Iа). При образовании трещин деформации арматуры ea в силу сцепления равны предельным деформациям бетона 
, поскольку оба материала деформировались совместно. Напряжения в арматуре в стадии Iа составляют 
