Armeret beton

Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 24. september 2022; verifikation kræver 1 redigering .

Armeret beton ( tysk :  Stahlbeton ) er et byggemateriale bestående af beton og stål [1] . Patenteret i 1867 af Joseph Monnier [2] som materiale til fremstilling af baljer til planter.

Historie

I 1895, for at fremskynde byggeprocessen af ​​kirken til ære for den hellige jomfru Marias himmelfart i Skt. Petersborg på Vasilyevsky Island, besluttede civilarkitekten V. A. Kosyakov at bruge armeret beton i stedet for mursten til opførelsen af hovedbuer, og allerede den 18. december  (30.)  1897, Hovedgangen

I 1912 blev den første armerede betonkonstruktion i Rusland, Rybinsk-tårnet , bygget .

Udviklingen af ​​teorien om armeret beton i Rusland i første halvdel af det 20. århundrede er forbundet med navnene på A. F. Loleit , A. A. Gvozdev , V. V. Mikhailov , M. S. Borishansky, A. P. Vasiliev, V. I. Murashev, P L. Pasternak , Ya. Stolyarov , O. Ya. Berg og andre.

I det 20. århundrede blev armeret beton det mest almindelige materiale i byggeriet (se Pietro Nervi ) og spillede en væsentlig rolle i udviklingen af ​​sådanne arkitektoniske tendenser som modernisme og funktionalisme .

Karakteristika

De positive egenskaber ved armerede betonkonstruktioner omfatter:

  1. holdbarhed ;
  2. lave omkostninger - armerede betonkonstruktioner er meget billigere end stål;
  3. brandmodstand sammenlignet med stål;
  4. fremstillingsevne - det er nemt at opnå enhver form af strukturen, når du betoner;
  5. kemisk og biologisk stabilitet;
  6. høj modstand mod statiske og dynamiske belastninger.

Ulemperne ved armerede betonkonstruktioner omfatter:

  1. lav styrke med en stor masse - betonens trykstyrke er i gennemsnit 10 gange mindre end stålets styrke. I store konstruktioner "bærer" armeret beton mere af sin masse end nyttelast .

Der er præfabrikeret armeret beton (armerede betonkonstruktioner fremstilles på fabrikken, derefter monteret i en færdig struktur) og monolitisk armeret beton (støbning udføres direkte på byggepladsen), samt præfabrikerede monolitiske (præfabrikerede strukturer anvendes som f.eks. en forskalling tilbage - fordelene ved monolitiske og præfabrikerede strukturer kombineres ).

Grundlæggende principper for design og beregning af armerede betonkonstruktioner

I Rusland er det sædvanligt at beregne armerede betonelementer: ifølge den 1. og 2. gruppe af grænsetilstande:

  1. ved bæreevne (styrke, stabilitet, træthedsfejl);
  2. egnethed til normal brug (brudmodstand, for store nedbøjninger og bevægelser).

Opgaverne med beregning af armerede betonkonstruktioner for 1. gruppe af grænsetilstande omfatter:

  1. kontrol af styrken af ​​strukturer (normale, skrå, rumlige sektioner);
  2. verifikation af strukturen for udholdenhed (under påvirkning af flere gentagne belastninger);
  3. kontrol af strukturers stabilitet (form og position).

Forstærkning af strukturer udføres som regel med separate stålstænger eller masker, rammer. Diameteren af ​​stængerne og arten af ​​deres placering bestemmes af beregninger. I dette tilfælde overholdes følgende princip - forstærkning installeres i strakte zoner af beton eller i komprimerede zoner med utilstrækkelig styrke af sidstnævnte såvel som af strukturelle årsager.

Ved beregning af armeret betonbøjningselementer er hovedmålet at bestemme det nødvendige areal af arbejdsarmeringen i overensstemmelse med de givne kræfter (direkte problem) eller at bestemme elementets faktiske bæreevne i henhold til de givne geometriske og styrkeparametre (omvendt problem).

Af arbejdets art skelnes bøjningselementer ( bjælker , plader), centralt og excentrisk sammenpressede elementer ( søjler , centralt og excentrisk sammenpressede, strakte elementer (spærelementer)).

Bukkeelementer (bjælker, plader)

Når ethvert element er bøjet, opstår der en komprimeret og strakt zone i det (se figur), et bøjningsmoment og en tværgående kraft. Bøjede armerede betonelementer beregnes som regel i henhold til styrken af ​​følgende typer sektioner:

  1. langs normale sektioner - sektioner vinkelret på den langsgående akse, fra virkningen af ​​et bøjningsmoment,
  2. langs skrå sektioner - under påvirkning af tværgående kræfter (skæring eller knusning af den komprimerede zone af beton), langs en skrå strimmel mellem skrå sektioner (revner), fra virkningen af ​​et øjeblik i en skrå sektion.

I et typisk tilfælde udføres forstærkningen af ​​bjælken ved langsgående og tværgående forstærkning (se figur).

Designelementer:

  1. Øvre (komprimeret) forstærkning
  2. Nedre (strakt) forstærkning
  3. Tværgående forstærkning
  4. Fordelingsbeslag

Den øverste armering kan strækkes og den nederste komprimeres, hvis den ydre kraft virker i modsat retning.

Vigtigste designparametre:

  1. L er spændvidden af ​​en bjælke eller plade, afstanden mellem to understøtninger. Normalt varierer fra 3 til 25 meter
  2. H er sektionens højde. Med stigende højde øges bjælkens styrke i forhold til H²
  3. B - sektionsbredde
  4. a - beskyttende lag af beton. Tjener til at beskytte armaturer mod miljøpåvirkninger
  5. s er trinnet i den tværgående armering.

Armering (2), installeret i spændingszonen, tjener til at styrke det armerede betonelement, betonen, hvori på grund af sine egenskaber hurtigt kollapser, når den strækkes. Armering (1) installeres normalt i den komprimerede zone uden beregning (på grund af behovet for at svejse tværgående armering til den), i sjældne tilfælde styrker den øvre armering den komprimerede betonzone. Trækarmeringen og den komprimerede betonzone (og nogle gange kompressionsarmeringen) giver elementets styrke i normale sektioner (se figur).

Tværarmeringen (3) bruges til at sikre styrken af ​​skrå eller rumlige sektioner (se figur).

Fordelingsanker (4) har et konstruktivt formål. Ved udstøbning binder det armeringen til en ramme.

Ødelæggelsen af ​​elementet i begge tilfælde sker på grund af ødelæggelsen af ​​beton ved trækspændinger. Armeringen monteres i retning af trækspændinger for at styrke elementet.

Bjælker og plader med lille højde (op til 150 mm) kan designes uden installation af top- og tværgående armering.

Plader er forstærket efter samme princip som bjælker, kun bredden B i tilfælde af en plade overstiger væsentligt højden H, der er flere langsgående stænger (1 og 2), de er jævnt fordelt over hele sektionens bredde.

Udover styrkeberegningen udføres for bjælker og plader stivhedsberegningen (afbøjning i midten af ​​spændet under påvirkning af en belastning normaliseres) og revnemodstand (revneåbningsbredden i spændingszonen normaliseres).

Komprimerede elementer (kolonner)

Når et langt element komprimeres, er det karakteriseret ved tab af stabilitet (se figur). I dette tilfælde minder arten af ​​arbejdet med det komprimerede element noget om arbejdet med et bøjet element, men i de fleste tilfælde optræder en strakt zone ikke i elementet.

Hvis bøjningen af ​​det komprimerede element er signifikant, så beregnes det som excentrisk komprimeret. Designet af en excentrisk komprimeret søjle svarer til en centralt komprimeret søjle, men i det væsentlige fungerer (og beregnes) disse elementer på forskellige måder. Elementet vil også blive excentrisk komprimeret, hvis der ud over den lodrette kraft virker en betydelig vandret kraft på det (for eksempel vind, jordtryk på støttemuren).

En typisk søjlearmering er vist på figuren.

på billedet:

1 - langsgående armering
2 - tværgående armering

I det komprimerede element er al langsgående armering (1) komprimeret, den opfatter sammentrykning sammen med beton. Tværarmeringen (2) sikrer stabiliteten af ​​armeringsjernene og forhindrer dem i at bukke .

Søjler betragtes som massive, hvis mindste tværsnitsside er større end eller lig med 400 mm. Massive sektioner har evnen til at øge betonens styrke i lang tid, det vil sige under hensyntagen til den mulige stigning i belastninger i fremtiden (og endda truslen om progressiv ødelæggelse - terrorangreb, eksplosioner osv.) - de har en fordel i forhold til ikke-massive søjler. At. øjeblikkelige besparelser i dag giver ikke mening i fremtiden, og derudover er små sektioner ikke teknologisk avancerede i fremstillingen. Der er behov for en balance mellem økonomi, strukturens masse osv. livsbekræftende byggeri (Bæredygtigt byggeri).

Fremstilling af jernbetonkonstruktioner

Produktionen af ​​armerede betonkonstruktioner omfatter følgende teknologiske processer:

  1. Forberedelse af anker
  2. Forskalling
  3. Forstærkning
  4. støbning
  5. Hærdning af betonpleje

Fremstilling af præfabrikerede betonkonstruktioner

Essensen af ​​præfabrikerede armerede betonkonstruktioner, kontra monolitiske, er, at strukturerne fremstilles på fabrikkerne af armerede betonprodukter (armerede betonprodukter) og derefter leveret til byggepladsen og monteret i designposition. Den største fordel ved den præfabrikerede betonteknologi er, at de centrale teknologiske processer finder sted i anlægget. Dette gør det muligt at opnå høje rater med hensyn til produktionstid og kvalitet af strukturer. Derudover er fremstilling af forspændte armerede betonkonstruktioner som regel kun mulig på fabrikken.

Ulempen ved fabriksfremstillingsmetoden er manglende evne til at producere en bred vifte af designs. Dette gælder især for de mange forskellige former for fremstillede strukturer, som er begrænset til standardforskalling. Faktisk er det kun strukturer, der kræver massepåføring, der fremstilles på armeret betonfabrikker. I lyset af denne omstændighed fører den udbredte indførelse af præfabrikeret betonteknologi til fremkomsten af ​​et stort antal bygninger af samme type, hvilket igen fører til en reduktion i byggeomkostningerne. Et sådant fænomen blev observeret i USSR i perioden med massekonstruktion.

Meget opmærksomhed på betonvarefabrikken er lagt til den teknologiske ordning for fremstilling. Der anvendes flere teknologiske ordninger:

  1. transportør teknologi. Elementer er lavet i forme, der bevæger sig fra en enhed til en anden. Teknologiske processer udføres sekventielt, efterhånden som formen bevæger sig.
  2. Flow-aggregatteknologi Teknologiske operationer udføres i de relevante afdelinger af anlægget, og formularen med produktet flyttes fra en enhed til en anden med kraner.
  3. Stand teknologi. Produkter i fremstillingsprocessen forbliver ubevægelige, og aggregaterne bevæger sig langs faste former.

I transportør- og flowaggregatteknologier anvendes forskallingsmetoden.

Til fremstilling af forspændte strukturer anvendes to metoder til at skabe forspænding: spænding på stop og spænding på beton, samt to hovedmetoder til spænding af armering: elektrotermisk og elektrotermomekanisk. En variation af bænkteknologien er den formløse støbningsteknologi ( BOF ) ved hjælp af forspænding. Forskallingslinjeudstyr inkluderer:

Der anvendes formemaskiner til formløs støbning, glideformningsteknologi, vibrokompression og ekstruderingsteknologi.

Fremstilling af monolitiske armerede betonkonstruktioner

Ved fremstilling af monolitiske armerede betonkonstruktioner skal det tages i betragtning, at armeringens fysiske og mekaniske egenskaber er relativt stabile, men de samme egenskaber af beton ændrer sig over tid. Det er altid nødvendigt at finde et kompromis mellem reserverne i design og design (valget af former og sektioner - valget mellem pålidelighed, "liv", men sværhedsgraden af ​​massive strukturer og mellem elegance, delikatesse, lethed, men "dødhed" " af strukturer med et stort overflademodul), omkostninger og kvalitetsråmaterialer, omkostningerne ved fremstilling af monolitiske armerede betonkonstruktioner, styrkelse af den operationelle kontrol af ingeniører og tekniske arbejdere på alle stadier, tildeling af foranstaltninger til pleje af beton, beskyttelse over tid (skabelse betingelser for at øge dets egenskaber over tid, hvilket kan være nødvendigt på det tidspunkt, hvor operationen begynder at modstå progressiv ødelæggelse), styring af dynamikken i et sæt grundlæggende styrke- og deformationskarakteristika for beton [5] [6] . Det vil sige, at meget afhænger af, fra hvis position strukturer og teknologi designes, arbejde udføres og kontrolleres, og hvad der sættes på spidsen: pålidelighed og holdbarhed, økonomi, fremstillingsevne, driftssikkerhed, mulighed for yderligere anvendelse gennem forstærkninger og ombygninger. , den såkaldte en rationel tilgang, det vil sige at designe fra det modsatte (først tænker vi på, hvordan de næste generationer vil skille det hele ad og genbruge det) [7] .

Beskyttelse af armerede betonkonstruktioner med polymere materialer

For at beskytte armerede betonkonstruktioner bruges specielle polymersammensætninger til at isolere overfladelaget af armeret beton fra negative miljøpåvirkninger (kemiske midler, mekaniske påvirkninger). For at beskytte den armerede betonbase anvendes forskellige typer beskyttelsesstrukturer, som gør det muligt at ændre mineraloverfladens operationelle egenskaber - øge slidstyrken, reducere støvadskillelse, give dekorative egenskaber (farve og glans) og forbedre kemisk modstand. Polymerbelægninger påført armeret betonbaser er klassificeret efter typer: afstøvningsimprægneringer, tyndtlagsbelægninger, selvnivellerende gulve , stærkt fyldte belægninger.

En anden metode til at beskytte armerede betonkonstruktioner er at belægge armeringen med zinkfosfat [8] . Zinkfosfat reagerer langsomt med et ætsende kemikalie (f.eks. alkali) og danner en permanent apatitbelægning .

For at beskytte armerede betonkonstruktioner mod virkningerne af vand og aggressive miljøer anvendes også gennemtrængende vandtætning , som ændrer betonstrukturen, øger dens vandmodstand, hvilket forhindrer ødelæggelse af betonkonstruktioner og korrosion af armering .

Forstærkning og restaurering af armerede betonkonstruktioner med kompositmaterialer

Brugen af ​​kompositmaterialer til at forstærke armerede betonkonstruktioner

Armering med kompositter anvendes til langsgående og tværgående armering af stangelementer, til at skabe forstærkende forstærkningsskaller på søjler og understøtninger af broer, overføringer, søjlekonsoller, til at forstærke plader, skaller, spærelementer og andre strukturer.

Ansøgningshistorik

Det første store anlæg i Rusland, hvor der blev brugt forstærkning med kompositmaterialer (især fiberforstærket plast - FAP-forstærkning) var overføringen af ​​den tredje transportring i Moskva i 2001 [9] .

Brugen af ​​kompositmaterialer har følgende fordele:

  • forhindrer revner;
  • hjælper med at undgå forekomsten af ​​induktionsstrømme (forstærkning af transformatorstationen uden brug af metal på Stausee Kaprun pumpekraftværket);
  • korrosionsbestandighed;
  • ingen forstyrrelse af signaltransmission på jernbanen;
  • mangel på opvarmning på grund af induktionsstrømme nær skifteafbryderne;
Eksempler
  • abutments af hovedstrukturen af ​​omledningskanalen i Kondopoga HPP, langs hvilken jernbanen St. Petersburg-Murmansk passerer;
  • jernbaner ved vandkraftkomplekset i Volga-delen af ​​Rybinsk vandkraftværk, på dæmningerne til Saratov og Bratsk vandkraftværker.
Konstruktion

Den rationelle grad af forstærkning ved hjælp af FAP-systemet er intervallet 10-60% af den indledende bæreevne af den forstærkede struktur [10] . Armeringsmaterialets vedhæftningsstyrke er i langt de fleste tilfælde højere end trækstyrken for de mest almindelige konstruktionsbetoner ( op til klasse B60).

Brugen af ​​moderne materialer og teknologier til at klæbe udvendig forstærkning, med korrekt kvalitetskontrol af byggearbejde, eliminerer praktisk talt muligheden for delaminering af strukturen langs FAP-betongrænsen.

Et numerisk eksperiment, hvor arbejdet med beton blev vist ved hjælp af William og Warnke styrkekriteriet, viste, at bidraget fra FRP til den samlede styrke af den skrå sektion i høj grad afhænger af tilstedeværelsen og procentdelen af ​​armering med ståltværarmering. Med en stigning i procentdelen af ​​armering med stålarmering falder effektiviteten af ​​armeringssystemet. Hovedtypen for ødelæggelse af den armerede bjælke er punkteringen af ​​grundbetonen, startende fra punkterne med maksimale hovedtrækspændinger ved de frie ender af de udvendige armeringsklemmer [11] .

Udvendig forstærkning af armerede betonkonstruktioner med kulfiber

Eksterne forstærkningssystemer  er sæt af kulstofmaterialer, polymere bindemidler, specielle primere, spartelmasser og reparationsblandinger beregnet til strukturel forstærkning af bygningskonstruktioner: armeret beton, mursten, sten eller træ. Essensen af ​​denne metode er at øge styrken af ​​elementer, der opfatter belastninger under driften af ​​bygninger og strukturer, ved hjælp af kulstofstoffer, lameller og gitre. Forstærkning af bygningskonstruktioner med kulfiber øger bæreevnen uden at ændre objektets strukturelle skema.

Fordele ved strukturel forstærkning med kulfiber
  • Reduktion af de samlede omkostninger til reparation og styrkelse af bygningsstrukturer;
  • Reduktion af tidsomkostninger;
  • Reduktion af lønomkostninger;
  • Evne til at udføre arbejde uden at standse driften af ​​anlægget;
  • Forøgelse af eftersynsperioden;
  • Lav egenvægt og forstærkningstykkelse;
  • Minimumskrav til plads til arbejde;
  • Modstand mod aggressive medier og korrosion;
  • Høje mekaniske egenskaber af kulstofmaterialer og høj vedhæftning til den forstærkede struktur;
  • Intet svejsearbejde.
Ulemper ved strukturel forstærkning med kulfiber
  • høje omkostninger til materialer;
  • Klæbemidler (klæbemidler) ikke resistente over for UV-stråler (besluttes ved at pudre med kvartssand på nylagt materiale);
  • Brandsikring af konstruktioner er påkrævet.

Se også

Noter

  1. Beton er ikke et kompositmateriale, men et kompositmateriale.
  2. Armeret beton // Kasakhstan. National Encyclopedia . - Almaty: Kasakhiske encyklopædier , 2005. - T. II. — ISBN 9965-9746-3-2 .  (CC BY SA 3.0)
  3. 1 2 3 Salamahin P.M., Popov V.I. . Vej- og bybroer i Rusland . — M .: MADI , 2017. — 124 s.  - S. 34.
  4. Sobory.ru  (utilgængeligt link)
  5. "Analyse af teknologiske faktorer, der opstår ved konstruktionen af ​​vertikale strukturer af rammemonolitiske bygninger" Arkivkopi dateret 23. september 2015 på Wayback Machine , Bulavitsky M.S.
  6. Heterogenitet af fordelingen af ​​tung betons egenskaber over volumenet af vertikale monolitiske elementer . Hentet 1. juli 2010. Arkiveret fra originalen 23. september 2015.
  7. Sted med eksperimentelle og teoretiske værker af M. Bulavytskyi . Hentet 5. maj 2010. Arkiveret fra originalen 28. maj 2013.
  8. "Effekt af zinkfosfat kemisk omdannelsesbelægning på korrosionsadfærd af blødt stål i alkalisk medium: beskyttelse af armeringsjern i armeret beton" Sci. Teknol. Adv. mater. 9 (2008) 045009 gratis download
  9. Yushin A. V. Styrken af ​​skrå sektioner af multi-span armeret betonkonstruktioner forstærket med fiberarmeret plast. Abstrakt dis. … cand. de der. Videnskaber: 05.23.01 / Yushin, Alexey Vladimirovich; SpbGASU. - St. Petersborg, 2014. - 17 s. Abstrakt dis. … cand. tech. nauk : 05.23.01 / Jushin, Aleksej Vladimirovich; SpbGASU. - SPb., 2014. - 17 s
  10. afsnit 1.4. STO NOSTROY 2.6.90-2013. Anvendelse i bygningsbeton og geotekniske strukturer af ikke-metallisk kompositarmering. M.: Filial af JSC TsNIIS "Research Center "Tunnels and Subways"", 2012. 130 s. // STO Nostroy - 43. Primenenie v stroitel'nyh betonnyh i geotekhnicheskih konstrukciyah nemetallicheskoy kompozitnoy armatury. Moskva: Filial OAO CNIIS "NIC "Tonneli i metropoliteny"", 2012. 130 s.
  11. Yushin A. V., Morozov V. I. // Analyse af spændings-belastningstilstanden for to-span armerede betonbjælker armeret med kompositmaterialer langs en skrå sektion, under hensyntagen til ikke-linearitet / Moderne problemer med videnskab og uddannelse - nr. 5 2014.

Litteratur

Referencelitteratur

Normativ litteratur

  • SP 63.13330.2012 Beton- og armeret betonkonstruktioner. Grundlæggende bestemmelser. Opdateret udgave af SNiP 52-01-2003.
  • SP 27.13330.2011 Konstruktioner af beton og armeret beton designet til at fungere under høje og høje temperaturer. Opdateret udgave af SNiP 2.03.04-84.
  • SP 41.13330.2012 Beton- og armeret betonkonstruktioner af hydrauliske konstruktioner. Opdateret udgave af SNiP 2.06.08-87.
  • SP 52-101-2003 Beton- og armeret betonkonstruktioner uden forspændingsarmering.
  • SNiP 52-01-2003 Beton- og armeret betonkonstruktioner. Grundlæggende bestemmelser.
  • SP 52-110-2009 Beton- og armeret betonkonstruktioner udsat for procesforhøjede og høje temperaturer.
  • SNiP 2.03.02-86 Beton- og armeret betonkonstruktioner lavet af tæt silikatbeton.
  • GOST 28570-90 Beton. Metoder til at bestemme styrken af ​​prøver taget fra strukturer.
  • GOST 17625-83 Design og armeret betonprodukter. Strålingsmetode til bestemmelse af tykkelsen af ​​det beskyttende lag af beton, størrelsen og placeringen af ​​armeringen.
  • GOST 22904-93 Armerede betonkonstruktioner. Magnetisk metode til bestemmelse af tykkelsen af ​​det beskyttende lag af beton og placeringen af ​​forstærkning.