Совместная работа бетона и арматуры

Одно из основных свойств железобетона — это сцепление арматуры с бетоном, которое обеспечивается связью арматуры с цементным камнем, трением, возникающим от давления при усадке бетона, зацеплением за бетон выступов и неровностей на поверхности арматуры.

При выдергивании стержня из бетона (рис. ниже) касательные напряжения сцепления т_bd распределяются вдоль стержня неравномерно. Максимальное значение т_{bd max} возникает на некотором расстоянии от начала заделки стержня и не зависит от длины заделки стержня в бетон l_аn.

К совместной работе бетона и арматуры

1 - 0248

Для оценки сцепления используют средние (условные) напряжения на длине анкеровки

т_{bd m}= N/πdl_an

Для обычных бетонов и гладкой арматуры т_{bd m} = 2,5-4 МПа, а для арматуры периодического профиля т_{bd m} = 7 МПа.

Напряжения сцепления арматуры с бетоном, а также напряжения в арматуре распределяются по длине заделки неравномерно. Наибольшие напряжения т_{b max} действуют вблизи начала заделки и не зависят от ее длины l_аn. Выражая продольное усилие через напряжение в арматуре (N = σ_sπd²/4), получим

l_an= N / т_bmπd = σ_sd/4т_bm

Из формулы видно, что с увеличением диаметра стержня и напряжения в нем (прочности арматуры) длина заделки возрастает. Ее можно уменьшить, если повысить прочность бетона (т_bm) или применить арматуру периодического профиля. Опыты показывают, что длина заделки, при которой обеспечивается сцепление, для гладкой арматуры составляет (30—40)d, периодического профиля (15- 20)d. При этом в случае продавливания сцепление стержня больше, чем при выдергивании, что связано с сопротивлением бетона поперечному расширению сжатого стержня. Поэтому длина заделки растянутых стержней принимается больше, чем сжатых, а их диаметр для лучшего сцепления с бетоном следует ограничивать.

В железобетонных конструкциях анкеровка арматуры осуществляется запуском ее за рассматриваемое сечение на длину, обусловленную достаточным сцеплением с бетоном.

Длину зоны анкеровки l_an для ненапрягаемой арматуры периодического профиля определяют по формуле

но не менее l_an = λ_and, где значения ω_an, λ_an а также допускаемые минимальные величины l_an принимаются по таблице ниже.

Коэффициенты для определения анкеровки

Условия работы арматуры	Арматура
	периодического профиля				гладкая
	ω_an	Δλ_an	λ_an	l_an, мм	ω_an	Δλ_an	λ_an	l_an, мм
	ω_an	Δλ_an	не менее		ω_an	Δλ_an	не менее
Заделка арматуры:
растянутой в растянутом бетоне	0,70	11	20	250	1,20	11	20	250
растянутой или сжатой в сжатом бетоне	0,50	8	12	200	0,80	8	15	200
Стыки арматуры внахлестку:
в растянутом бетоне	0,90	11	20	250	1,55	11	20	250
в сжатом бетоне	0,65	8	12	200	1,00	8	15	200

В формуле выше введены обозначения:

Δλ_an — коэффициент запаса;

ω_an — коэффициент условий работы.

l_an _min = 20-25 см.

Гладкие арматурные стержни класса А240 в вязаных каркасах должны оканчиваться на концах анкерами в виде крюков (рис. ниже). В сварных сетках и каркасах анкерами гладких стержней служат крайние поперечные стержни, что позволяет не устраивать крюков (рис. ниже). Арматурные стержни периодического профиля не требуют на концах крюков или анкерующих поперечных стержней.

Анкеровка ненапрягаемой арматуры

1 - 0250

а — круглых гладких стержней в вязаных каркасах; б — специальными анкерами на концах стержней; в — отгибание стержня; г — на крайних свободных опорах; 1 — пластина; 2 — высаженная головка; 3 — шайба; 4 — уголок; 5— сварка; 6 — дополнительные хомуты, препятствующие разгибанию стержня

Если невозможно разместить в элементе длину анкеровки, определенную по формуле выше, то на концах стержней устраивают специальные анкеры в виде пластин, гаек, уголков, высаженных головок и т. п. (рис. выше) или отгибают анкеруемый стержень на 90° (рис. выше).

Размеры анкеров определяют из условия прочности бетона на смятие. Так, площадь контакта анкера с бетоном должна быть не менее N_an/2,5R_b, где N_an — усилие в анкеруемом стержне. При применении специальных анкеров длину заделки стержней можно уменьшить до 10d.

На крайних свободных опорах изгибаемых элементов продольные растянутые стержни заводят для анкеровки за внутреннюю грань опоры на длину l_an > 5d, если наклонные трещины не образуются, или на l_ап > 10d, если трещины образуются (рис. выше).

Предварительно напрягаемая арматура в зависимости от способа натяжения анкеруется в бетоне либо за счет сил сцепления, либо с помощью специальных анкеров, расположенных в теле бетона или на торце конструкции.

При натяжении на упоры (до бетонирования) высокопрочной рифленой проволоки, канатов однократной свивки, стержней периодического профиля анкеровка арматуры обеспечивается ее сцеплением с бетоном, и установка анкеров у концов элемента не требуется (рис. ниже). Длина анкеровки арматуры в этом случае принимается равней длине зоны передачи напряжений с арматуры на бетон и определяется по формуле

l_p = (ω_pσ_sp/R_bp + λ_p)d,

где ω_p и λ_р определяют по таблице ниже; R_bp- передаточная прочность бетона, т. е. его кубиковая прочность к моменту обжатия; σ_sp —принимается равной большему из значений R_s и σ_sp с учетом первых потерь.

Анкеровка напрягаемой арматуры

1 - 0251

1 — коротыш; 2 — кольцо; 3 — коротыши; 4 — гайка

При недостаточном сцеплении с бетоном арматуры, натягиваемой на упоры (гладкая проволока класса В-ll), устраивают внутренние анкеры, располагаемые у конца элемента, например, в виде колец с коротышами (рис. выше).

Значения ω_р и λ_р

Вид и класс арматуры	Диаметр, мм	ω_р	λ_р
Стержневая периодического профиля независимо от класса	Любой	0,25	10
Высокопрочная проволока периодического профиля	5	1,40	40
	4	1,40	50
	3	1,40	60
Арматурные канаты	15	1,00	25
	12	1,10	25
	9	1,25	30
	6	1,40	40
К1500	14	1,00	25

Для анкеровки арматуры, натягиваемой на бетон (после бетонирования), а также для захвата, натяжения и закрепления на упорах арматуры, натягиваемой до бетонирования, применяют специальные анкеры.

Типы анкеров весьма разнообразны и зависят от вида арматуры и арматурных изделий. Для стержневой арматуры применяют анкеры в виде высаженных головок, приваренных коротышей (рис. выше) или шайб, гаек, навинчиваемых на нарезанный конец стержня (рис. выше), и т. п.

Проволочные арматурные изделия (пакеты, канаты, пучки), натягиваемые на бетон, закрепляют на торце конструкции с помощью гильзового анкера, анкера с колодкой и пробкой, стаканного типа и другими анкерными устройствами. Пакеты из высокопрочных проволок (УНАЭ), натягиваемые до бетонирования, анкеруют на упорах с помощью стальных колодок с отверстиями, в которых закрепляют проволоки с высаженными головками. Для закрепления однорядных пучков применяют анкеры, состоящие из круглой колодки и конической пробки (рис. ниже). Мощные арматурные пучки, состоящие из нескольких концентрических рядов проволок или нескольких канатов, закрепляют на конструкции анкерами стаканного типа (рис. ниже).

Если невозможно разместить в элементе длину анкеровки, то на концах стержней устанавливаются анкеры в виде пластин, гаек, уголков, высаженных головок и т.п.

Анкеровка напрягаемой арматуры в бетоне допускается без специальных анкерных устройств на концах. Анкеровка такой арматуры в бетоне происходит в результате сил сцепления. Анкеровка напрягаемой арматуры при натяжении на бетон или упоры в условиях недостаточного сцепления с бетоном достигается применением анкерных устройств (цанговых захватов, металлических стаканов, конусных колодок, коротышей, шайб и гаек), высадкой головок, гильзовых анкеров, петлевых и других захватов.

1 - 0253 - копия

Анкер с колодкой и конической пробкой

1 — колодка; 2 — коническая пробка; 3 — отверстие в пробке для инъекции раствора; 4 — местное усиление конца элемента сетками; 5 — каналообразоватсль; 6 — спираль; 7 — скрутка; 8 — пучок; 9 — патрубок; 10 — стальная плита

Анкер стаканного типа

1 — стальной стакан; 2— крюки на концах проволок; 3 — вставная шайба; 4 — вилкообразные шайбы; 5 — вязальная проволока; 6 — обжимное кольцо; 7 — конический сердечник; 8 — заполнение стакана (бетоном, свинцом)

Сваривание термически упрочненной арматуры и выскопрочной проволоки, а также приваривание к ним закладных деталей запрещается, в связи с тем, что при этом происходит процесс отпуска и утрачивается процесс упрочнения данной арматуры.

К арматурным изделиям из напрягаемой стальной арматуры относятся унифицированные пакеты, канаты и пучки, выполняемые из высокопрочной проволоки. Свивка проволочной арматуры в канаты значительно увеличивает ее сцепление с бетоном. Благодаря этому канаты диаметром до 33 мм надежно самоанкеруются в бетоне за счет сцепления с бетоном. Этим они выгодно отличаются от пучков.

← Классы арматуры. Арматурные изделия

Задачи теории сопротивления железобетона →