Определение и сущность железобетона

1. Сущность железобетона.Достоинства и недостатки железобетона

Прочность бетона на растяжение в 15-20 раз ниже, чем прочность на сжатие. Предельная растяжимость бетона (0,15 мм на 1 м), а предельная сжимаемость (2 мм на 1 м). Низкая прочность на растяжение не позволяет использовать неармированный бетон в конструкциях, испытывающих растяжение. Поэтому из бетона выполняют конструкции, воспринимающие сжимающие усилия: стены, фундаменты, колонны, подпорные стенки и др. 0,015% btu  0,2% bu 

Разрушение бетонных балок происходит от разрыва нижних наиболее растянутых волокон (рис. 1, а). При этом несущая способность сжатой зоны балки используется не более чем на 5…7%. Поэтому растянутую зону балки усиливают путем введения упрочняющих элементов, чаще всего, в виде стальной арматуры. Относительное удлинение стальной арматуры при растяжении в тысячу раз превышает относительное удлинение бетона.

При достаточном армировании железобетонная балка разрушится при полном исчерпании несущей способности сжатой зоны бетона (рис. 1,

Рис. 1. Схема разрушения балки:

а – бетонной; б – железобетонной; 1 – нулевая (нейтральная линия), 2 – сжатая зона балки; 3 – растянутая зона балки; 4 – нормальные трещины; 5 – наклонные трещины; 6 – стальная арматура; 7 – разрушение бетона сжатой зоны.

Железобетон – это комплексный строительный материал, в котором бетон и арматура, соединенные взаимным сцеплением, работают под нагрузкой как единое монолитное тело. Бетон предназначается для восприятия преимущественно сжимающих усилий, а арматура – растягивающих.

К достоинствам железобетонных конструкций относятся:

 высокая прочность:  большая долговечность;  высокая степень огнестойкости;  стойкость против атмосферных воздействий;  малые эксплуатационные расходы на содержание;  гигиеничность;

 экономичность ввиду повсеместной доступности сырья.

Недостатки железобетонных конструкций.

За счет сцепления с арматурой бетон работает под нагрузкой совместно с арматурой. Предельная растяжимость бетона в тысячу раз меньше предельной растяжимости стальной арматуры, поэтому при совместном растяжении цельность бетона сохраняется только в начальный период эксплуатации (см. рис. 1, б). Напряжения в арматуре в период образования трещин всегда незначительны по сравнению с предельной прочностью арматуры.

С увеличением внешней нагрузки в изгибаемых балках происходит развитие по высоте сечения балки трещин, резко уменьшается высота сжатой зоны, снижается жесткость балки, что приводит к возрастанию прогиба.

С учетом вышеизложенного к недостаткам железобетонных конструкций без предварительного напряжения относятся:

 низкаятрещиностойкость вследствие слабого включения в работу арматуры в период образования трещин, быстрое их раскрытие и быстрый рост прогибов;

 нерациональность использования в железобетонных конструкциях без предварительного напряжения высокопрочной арматуры;

 невыгодность использования бетонов повышенной и высокой прочности, поэтому железобетонные конструкции без предварительного напряжения обладают большой массой, что ограничивает величину перекрываемых пролетов;

Определение и сущность железобетона

3. Виды железобетонных конструкций и область их применения.

4. Краткие исторические сведения о возникновении и развитии железобетона.

Железобетоном называется строительный материал, в котором рационально соединены в монолитное целое бетон и стальная арматура, совместно до разрушения воспринимающие различные силовые воздействия. Возможно и такое определение: железобетоном называется совокупность бетона и арматурных изделий (сеток, каркасов, отдельных стержней и т.д.), уложенных в теле бетона в соответствии со статической работой конструкции.

Бетон, являясь искусственным камнем и, обладая высокой прочно­стью на сжатие, в 10. 20 раз хуже сопротивляется растяжению, что практически не позволяет использовать его как конструктивный ма­териал для растянутых и изгибаемых элементов несущих конструк­ций.

Стальные стержни, имеющиеся в железобетонных конструкци­ях и которые в дальнейшем мы будем называть арматурой, одинаково хорошо сопротивляются как растяжению, так и сжатию.

Идея создания железобетона из двух различных по своим механическим характеристикам материалов заключается в реальной возможности использовать бетон преимущественно в работе на сжатие, а арматуру — в работе на растяжение. Такое сочетание материалов целесообразно, так как сталь­ные стержни, поставленные в растянутой зоне элемента, прекрасно восполняют основной недостаток бетона как конструктивного стро­ительного материала.

Под железобетонными конструкциями будем понимать несущие элементы зданий и сооружений, изготавливаемые из железобетона, и сочетания этих элементов.

Идею железобетона можно достаточно хорошо проиллюстрировать следующим примером (рис. 1.1).

Бетонная балка (без арматуры), лежащая на двух опорах и под­верженная поперечному изгибу, испытывает растяжение продоль­ных волокон в зоне, находящейся ниже нейтрального слоя (рис. 1.1а). Такая балка обладает малой несущей способностью вследствие сла­бого сопротивления бетона растяжению. Она разрушается внезапно (хрупко) при возникновении первой же трещины в бетоне растяну­той зоны. Прочность бетона на сжатие в момент, предшествующий разрушению, в бетонной балке сильно недоиспользуется (напряже­ния в нормальных сечениях в сжатой зоне в этот момент едва до­стигают 5. 10% от прочности бетона на сжатие).

Рисунок 1.1 – Схемы разрушения балок: а – бетонная балка; б – железобетонная балка; 1 – нейтральная ось; 2 – трещина; 3 – сжатая зона4; 4 – растянутая зона; 5 – стальные стержни (арматура).

Такая же балка (рис. 1.1б), снабженная небольшим по площади количеством продольной арматуры по сравнению с площадью по­перечного сечения балки, размещенной в растянутой зоне, может иметь несущую способность до 20 раз превосходящую несущую спо­собность бетонной балки. Характер разрушения балки при не слишком большом насыщении её сечений арматурой плавный, постепен­ный (пластичный). В такой конструкции может быть полностью ис­пользована прочность бетона в работе на сжатие, а арматуры — на растяжение.

Арматуру, имеющую весьма высокое сопротивление сжатию, можно также использовать и для усиления бетона сжатой зоны.

Арматура может быть не только в виде стальных стержней. В качестве арматуры иногда используют нити, канаты, пряди и др. из стекловолокна и даже деревянные или бамбуковые рейки. Однако наиболее широко сейчас применяется стальная арматура.

Основой совместной работы бетона и арматуры (т. е. одинаковые деформации их смежных волокон) в железобетоне является выгод­ное природное сочетание некоторых важных физико-механических свойств этих материалов, а именно:

1. при твердении бетона между ним и поверхностью стальной арматуры возникают значительные силы сцепления (склеивания), вследствие чего в железобетонных элементах под нагрузкой оба материала де­формируются совместно;

2. плотный бетон (с достаточным содержанием цемента от 200. 250 до 300. 400 кг/м 3 и более) надёжно защищает заключённую в нём стальную арматуру от коррозии, а также предохраняет её от непосредственного
воздействия огня и от механических по­вреждений;

3. сталь и бетон обладают близкими по величине коэффициентами температурного (линейного) расширения, поэтому при измене­нии температуры в пределах до 100°С (от -50°С до +50°С) в обоих материалах возникают несущественные начальные (внут­ренние) напряжения и скольжения арматуры в бетоне не наблю­дается; α_st = 0,000012°С -1 ; α_bt = 0,00001° С -1 .

Что такое железобетон: характеристики и виды

Сегодня железобетонные конструкции широко применяются в строительных работах, без них не обходится ни одно современное строительство. Любые сооружения из железобетона отличаются надежностью, высокой огнестойкостью, продолжительным сроком службы. Они не требуют специальной защиты от разрушительного атмосферного воздействия. Со временем прочность бетона только усиливается, а защищенная им арматура вовсе не поддается коррозии. Из такого материала несложно возводить конструкции разнообразных форм.

Строительство с применением железобетонных конструкций отличается высокой скоростью проведения работ Источник masterabetona.ru

Описание

Железобетон – это композитный высокопрочный стройматериал, который производится из бетона, стальных прутьев. Подобная комбинация позволяет воспользоваться основными преимуществами обоих материалов.

Бетон считается искусственным камнем. Он прекрасно выдерживает высокие нагрузки на сжатие, но в то же время не переносит растяжение. Металл характеризуется малой стойкостью к сжиманию и значительной устойчивостью к растягиванию. Сочетание стального каркаса и качественного бетона позволяет железобетонным конструкциям выдерживать как растяжение, так и сжатие материала.

Армирующие металлические прутки внутри железобетона соединяются посредством точечной сварки. Площадь сечения стержней определяется при расчете нагрузок. Способ соединения элементов в каркас зависит от удобства сварки, укладки цементной смеси, иных факторов.

Железобетонные конструкции переносят длительный нагрев, поэтому их используют для возведения промышленных объектов, эксплуатируемых при высоких температурах Источник peymankarsa.ir

Плюсы и минусы

Несмотря на то, что железобетон – это достаточно надежный стройматериал, он обладает как достоинствами, так и недостатками. Основные преимущества железобетонных изделий такие:

• Долговечность. При правильной нагрузке, надлежащей эксплуатации ЖБ конструкции служат продолжительный период времени. Причем их несущая способность вовсе не снижается.
• Сравнительно небольшой вес. Для достижения аналогичных показателей прочности монолитный материал должен весить в пять раз больше.
• Огнестойкость. Железобетонные элементы не поддерживают процесс горения.
• Самоуплотняемость. Под влиянием влаги прочность материала повышается.
• Устойчивость к коррозии. Применение специального вида цемента при производстве железобетонных изделий позволяет избежать коррозионных процессов.
• Технологичность. Можно выпускать элементы различных форм, придавать им любого оттенка с помощью добавок.
• Доступная цена. Монолитные и сборные ЖБ конструкции отличаются минимальной себестоимостью.

• Высокая тепло- и звукопроводность. По этой причине требуются дополнительные расходы на укладку утеплителя, выполнение шумоизоляции.
• Существует риск образования трещин. При этом несущая способность конструкции сохраняется лишь до определенного момента.
• Продолжительное изготовление. Монолитные элементы отвердевают на стройплощадке, соборные – на заводе. В обоих случаях процесс занимает много времени.
• Плохая воздухопроницаемость. Построенные из железобетона здания требуют установки вентиляционной системы, если в них длительно пребывают люди.

Важно! Применение в строительстве тяжеловесные ЖБ элементов требует создания мощного фундамента, поскольку почва не всегда способна выдержать огромные нагрузки.

Важная характеристика железобетонных конструкций – способность выдерживать многочисленные замерзания и оттаивания без ухудшения качества Источник dorjbi.com

Видео описание

Характеристики

Процесс изготовления железобетонной конструкции состоит из следующих этапов:

• Подготовка формы для заливки.
• Формирование каркаса.
• Замешивание цементного раствора.
• Заполнение формы.
• Ожидание отвердевания бетона.

Среди наиболее ценных для строительства свойств железобетона стоит отметить:

• высокую плотность;
• способность выдерживать значительные нагрузки;
• устойчивость к влиянию влаги, температурным колебаниям.

Бетон и металл имеют аналогичные коэффициенты расширения. Благодаря этому даже под воздействием чрезмерных температур сохраняется целостность железобетонных изделий.

Важно! Плотность и влагостойкость бетона предупреждают развитие коррозии металла, который заключен в него. Затвердевший раствор ограждает железо от огня при пожаре в месте размещения ЖБ- конструкции.

Область применения

Железобетонные изделия широко применяются в современном строительстве при возведении:

• жилых домов;
• промышленных зданий;
• защитных сооружений различного назначения;
• инженерных конструкций.

Разнообразные высокопрочные ЖБ элементы используются при постройке фундаментов, стен, межэтажных перекрытий, колодцев.

Если рассматривать узконаправленное применение железобетона, стоит отметить его востребованность при строительстве:

• мостов;
• гидроэлектростанций;
• аэродромов;
• контактирующих с водой сооружений;
• ядерных реакторов.

Важно! Чтобы повысить стойкость железобетонных изделий к воздействию влаги, в процессе их создания в бетон добавляют специальные вещества. Они отталкивают воду, придают материалу антикоррозийные свойства.

Наружные стены зданий монтируют из керамзитожелезобетонных панелей, остальные элементы – из тяжелого бетона различных марок Источник i.pinimg.com

Виды железобетонных конструкций

Существует три разновидности ЖБК. Каждая из них обладает своими положительными и отрицательными сторонами, используется при проведении определенных строительных работ.

Монолитные

Производятся прямо на стройплощадке. Самая простая из них – фундамент. Создается он следующим образом: выкапывается котлован, монтируется арматурный каркас, который потом заливается жидким бетоном. Впоследствии застывания он превращается в камень. Прочностные характеристики фундаментного основания зависят от качества использованной арматуры и марки бетона.

Главные преимущества монолита – низкая материалоемкость, огнестойкость, долговечность, прочность, простота формирования. Среди недостатков стоит отметить вероятность образование трещин на монолитном фундаменте впоследствии усадки либо чрезмерных нагрузок, высокую звуко- и теплопроводность. Также к минусам следует отнести сезонность выполнения работ. Их допускается проводить лишь в теплый период года.

Монолитные ЖБК возводятся на стройплощадке: изначально устанавливается опалубка, монтируется каркас, которые потом заливается бетоном Источник ideal-prodakshn.od.ua

Сборные

Изготавливаются на заводе: заливаются в формы, отвердевают в определенных условиях. Затем они доставляются на стройплощадку, где применяются для строительства. Производство сборных ЖБ конструкций на специальных предприятиях позволяет уменьшить их стоимость, получить высокую производительность.

СЖБ характеризуется универсальностью, для строительства его допускается применять круглый год. Единственный минус подобных изделий – большая трудоемкость.

Сборные ЖБК состоят из отдельных железобетонных изделий, которые собираются в конструкцию по проекту Источник zgbk.ru

Сборно-монолитные

Нередко в строительстве одновременно применяется сборный и монолитный железобетон. Качество сцепления составляющих играет важную роль в такой технологии. Для достижения желаемого результата укладываются элементы различных форм, размеров.

Если поверхность СЖБ шероховатая, допускается обойтись без шпонок. На участках соприкосновения сборных элементов с бетоном важно предусмотреть выпуск поперечной арматуры. В монолите дополнительно проводится анкеровка. Комбинированный железобетон применяется в качестве опалубки для монолитных частей сооружения.

СЖБ конструкции обладают всеми плюсами вышеуказанных разновидностей. Они экономичны, позволяют быстро и качественно возводить здания.

Сборно-монолитные перекрытия собираются из частей: керамзитобетонные блоки укладываются на ЖБ пролеты, накрываются армирующей сеткой, затем заливается бетоном Источник prostroymaterialy.com

Видео описание

Стены из монолитного железобетона

Наиболее распространенные железобетонные изделия

Производители выпускают огромное количество ЖБИ. Каждое из них предназначено для использования в конкретных целях, чем облегчает возведение различных объектов. Среди самых популярных ЖБ элементов стоит отметить следующие.

Панели

Чрезвычайно востребованы в строительстве жилых и промышленных зданий. Они отличаются плоской прямоугольной формой, иногда содержат оконные и дверные проемы, выступы для подоконников. При транспортировке панельные изделия устанавливаются вертикально под малым наклоном. Если одновременно перевозятся несколько панелей, важно исключить их соприкосновение.

ЖБ стеновые панели обязательно оснащаются подъемными петлями, облегчающими процесс монтажа, и закладными элементами Источник monolit-gbi.ru

Фермы

Применяются для обустройства перекрытий в производственных постройках, культурных зданиях. Внешне это плоские прямоугольные конструкции, снабженные решетками. Транспортируются такие элементы в вертикальном положении.

Производятся фермы из различных видов бетона (тяжелого, легкого, конструкционного). При их использовании важно точно рассчитать несущую способность постройки.

Балки и ригели

Нашли широкое применение в создании фундаментов и покрытий, выполняют роль несущих деталей. Такие железобетонные элементы бывают прямоугольными, одно- или двухскатными. Их перевозка допускается лишь в вертикальном положении: при горизонтальной транспортировке существует вероятность повреждения изделий.

Железобетонный ригель – балка, произведенная из высокопрочного бетона с использованием армирования Источник fabrika-magino.ru

Востребованы при строительстве сооружений различного назначения на неустойчивых грунтах. Транспортируются сваи горизонтально с обязательным применением специальных подкладок. На транспортное средство они складируются в несколько ярусов.

Стойки

Представляют собой прочные опорные элементы, предназначенные для линий электропередач, светильников. Перевозятся они в горизонтальном положении. Основная задача железобетонных стоек –удерживать электропровода на определенном расстоянии от поверхности земли.

Железобетонные сваи – лучшее решение при возведении фундаментов на неустойчивой почве Источник beton-company.com.ua

Колонны

Несущие элементы культурных, промышленных и жилых сооружений имеют прямоугольную или двухветвую форму. Последняя предназначена для значительной крановой нагрузки. Транспортируют колонны штабелем: начальный ряд изделий укладывают непосредственно на грузовое место, следующие – поверх предыдущих.

Заключение

Железо и бетон – прекрасное сочетание. Современные ЖБ конструкции обладают множеством плюсов, их экономично выгодно применять при возведении сооружений различного назначения. В зависимости от способа изготовления, ЖБК бывают монолитные, сборные или комбинированные. Каждую из указанных разновидностей целесообразно использовать при проведении определенных строительных работ. Также стоит отметить наличие огромного разнообразия железобетонных изделий. Они производятся на предприятиях, затем перевозятся на стройплощадку. Применение железобетона в строительстве позволяет возводить различные объекты в короткие сроки.

Источник https://studfile.net/preview/4294257/

Источник https://studopedia.ru/2_36616_opredelenie-i-sushchnost-zhelezobetona.html

Источник https://m-strana.ru/articles/zhelezobeton-eto/