Лекция №1
СУЩНОСТЬ ЖЕЛЕЗОБЕТОНА
Сущность железобетона
Как и любой другой искусственный или естественный каменный материал, бетон сопротивляется разрыву приблизительно в 15-20 раз слабее, чем сжатию. Кроме того, он – хрупкий материал, рассмотрим зависимость напряжений и деформаций в бетоне (рис.1.1).
Рис. 1.1. Диаграмма зависимости 
Средняя относительная предельная растяжимость бетона 
(или 
0,00015),
а средняя относительная предельная сжимаемость
(или 
0,002), т.е. средняя относительная предельная сжимаемость бетона в 13 раз больше относительной предельной растяжимости.
Именно хрупкость бетона не позволяет во многих случаях использовать прочность бетона при растяжении, даже когда напряжения, вызываемые внешними силами, невелики. Это объясняется тем, что в период строительства возникают трещины из-за колебаний температур, неравномерного высыхания, случайных динамических воздействий. Непосредственно бетонными конструкциями бывают: колонны, фундаменты, подпорные стенки и прочие конструкции, воспринимающие только сжимающие усилия.
Исследования показали, что разрушение бетонных балок происходит от разрыва нижних (наиболее растянутых) волокон (рис. 1.2).
Рис. 1.2. Схема разрушения бетонной балки
1 – нейтральный слой (ось);
2 – сжатая зона балки;
3 – растянутая зона балки;
Трещина в нормальном сечении
ширина прямоугольного сечения или ребра таврового и двутаврового сечений;
высота прямоугольного, таврового, двутаврового сечений;
высота сжатой зоны.
При этом несущая способность сжатой зоны балок используется не более чем
на 5 – 7 %.
Если усилить растянутую зону балки так, чтобы она могла воспринимать необходимые растягивающие усилия, то, соответственно, будет возрастать несущая способность всей балки, вплоть до полного исчерпания прочности ее сжатой зоны.
|
|
Наиболее подходящим материалом, позволяющим в широких пределах повышать сопротивляемость растянутых зон бетонных балок, оказалась стальная арматура, одинаково хорошо сопротивляющая растяжению и сжатию.
Относительное удлинение стали при разрыве в сотни раз превышает предельное удлинение бетона. Как известно, в отличие от бетона сталь более прочный и одновременно более пластичный материал.
Если судить по диаграмме зависимости стали 
(рис. 1.3), сталь – это упругопластический материал.
Рис. 1.3. Диаграмма зависимости
При достаточном армировании железобетонная балка разрушится при полном исчерпании несущей способности сжатой зоны, следовательно, прочность ее по сравнению с бетонной (неармированной) балкой в зависимости от класса бетона возрастает в 15-20 раз (рис. 1.4).
Рис. 1.4. Схема разрушения железобетонной балки
1 – нейтральный слой (ось);
2 – сжатая зона балки;
3 – растянутая зона балки;
4 – трещины в нормальных сечениях;
5 – трещины в наклонных сечениях;
6 – стальная арматура;
раздробление бетона сжатой зоны
Железобетон – это комплексный конструктивный материал, в котором бетон и арматура деформируются под нагрузкой как единое монолитное целое.
Пользуясь терминологией механики твёрдого тела, можно сформулировать понятие железобетона как армированного композитного материала.
При этом предполагается, что бетон в основном предназначен для восприятия сжимающих усилий, а стальная арматура – растягивающих.
|
|
Рис. 1.5. Диаграммы зависимости 
для бетона и арматуры
––––– – диаграмма растянутого бетона;
––––– – диаграмма растяжения стали класса А400
При таком распределении функций между бетоном и арматурой железобетон способен воспринимать растягивающие усилия вплоть до полного исчерпания несущей способности сжатой зоны изгибающих, внецентренно сжатых или растянутых элементов (рис. 1.5).
Железобетон обладает анизотропией – зависимостью механических и деформативных свойств от направления действия внешних нагрузок, обусловленной армированием и нелинейностью деформирования, т.е. анизотропия связана с трещиностойкостью, пластическими свойствами бетона и стали.
Особенность железобетона: способность воспринимать нагрузку с видимыми трещинами в растянутой зоне.