Арматура композитная или железная какая лучше для фундамента: Какую арматуру выбрать для фундамента

Содержание

Какую арматуру лучше выбрать композитную или стальную?

Любое строительство невозможно без фундамента и укрепления, а фундамент, в свою очередь, невозможен без арматуры. Закладка фундамента — один из важнейших процессов в возведении строений. Какая же именно нужна арматура, в том или ином случае?

Чем железная арматура отличается от пластиковой?

Ранее, арматура автоматически ассоциировалась с железом. Сейчас же, для изготовления арматуры, применяется пластик с добавлением различных композитных материалов.

Стальная арматура изготавливается из сплава железа и углерода. Сталь сама по себе, очень прочный и надежный материал. Ее свойства зависят от того, каким способом было выполнено производство. Даже при высоких нагрузках, деформация стали отсутствует. В работе такой материал не сложный, под воздействием необходимой силы, легко сможет принять нужную форму.

Что касается композитной арматуры, она изготавливается на основе стекловолокна, с добавлением различных композитов, смол. Казалось бы пластик не прочный, но не тут то было, порой добавки делают его крепче стали. Главным преимуществом такой арматуры является то, что она не подвластна к появлению коррозии. Считается, что композитная арматура, достойная альтернатива стальной.

Какие же есть виды композитной арматуры?

Виды композитной арматуры:

Стеклопластиковая арматура — состоит из смолы и стекловолокна. Считается самой распространенной арматурой после стальной.
Стеклоармированная арматура — изготавливается из стекловолокна и термопластичного полимера. По своим особенностям, имеет незначительное отличие от стеклопластиковой арматуры.
Базальтопластиковая арматура — изготавливается на основе волокон базальта и смолы. Имеет насыщенный и характерный черный цвет. Такая арматура, устойчива к агрессивной химической среде. Также, она прочнее большинства других видов. Ее применяют для отдельных видов сложного промышленного строительства, так как она в разы дороже.
Углепластиковая арматура — делается из углеродных волокон, что обеспечивает материалу высокую упругость. Поэтому такая арматура имеет высокую стоимость.

Сравнение композитной и металлической арматуры:

Таблица сравнений, покажет нам характеристики композитной и металлической арматуры, а также поможет их сравнить.

Технические особенности	Композитная арматура (стеклопластиковая)	Металлическая арматура
Материал	Смолы, стекловолокно	Сталь 35ГС, 25Г2С и тд..
Длина	Любая длина под заказ	6-12 метров
Экологичность	Экологична	Экологична
Долговечность	не меньше 80 лет	по нормам эксплуатации
Электропроводимость	нет	есть
Теплопроводность	нет	есть
Плотность т/м3	1,9	7
Прочность при растяжении	σв= 800 МПа	σв= 360 МПа
Упругость, МПа	11 000 — 65 000 (в зависимости от типа арматуры)	200 000
Стойкость к коррозии	Нержавеющий материал	Подвластна коррозии
Стоимость	Отличная цена	Дороже стеклопластиковой почти в 2 раза

В чем преимущества стеклопластиковой арматуры

Стеклопластиковая арматура, обладает целым рядом преимуществ, которые вы должны знать перед покупкой для строительства.

Преимущества стеклопластиковой арматуры :

Самое важное преимущество — это долговечность материала;
Такой арматуре вовсе не помеха любая агрессивная среда;
Не подвергается коррозии и гниению;
Мало весит, что способствует облегчению транспортировки;
Легко подвластна резке, достаточно будет использования ножниц для металла;
Вовсе не опасна для здоровья человека;
Стеклопластиковая арматура стойко переносит резкие перепады температуры;
Важно, что стеклопластиковая арматура, не проводит электрический ток.

Какая арматура лучше композитная или стальная.

Многие задаются вопросом, какая же арматура при строительстве все таки лучше: композитная или стальная? Дабы вынести точный ответ, нужно разобраться в достоинствах и недостатках обоих материалов.

Сравнивая композитную арматуру с металлической обратите основное внимание на то, что она способна создать более качественный и долговечный скелет, что и оправдывает популярность данного материала, которая растет с каждым днем.

Композитная арматура для фундамента: какая лучше

Арматура нужна разная

На рынке строительных материалов композитная арматура для фундамента прочно заняла свой сегмент в связи с присущими только ей характеристиками. Появление полимерных стержней для армирования бетонных конструкций было вызвано необходимостью исключить коррозию каркасов в тяжелых условиях эксплуатации (влага, морозы). Первые изделия последней четверти прошлого века были чувствительны к щелочной среде, но развитие технологий производства и рецептуры сырья позволило получать продукцию с хорошими показателями для армирования жидких растворов марочного бетона.

Содержание

Необходимые сведения для выбора
- Виды композита
- Отличия от стали
Особенности работы с композитом
- Применение в сейсмоопасных районах

Необходимые сведения для выбора

При составлении проекта нужно определить, каким армированием будет выполнена опорная часть здания (из стали или композита).

Стальная арматура выбирается в соответствии с ГОСТом 5781-82, ГОСТом 5781-82 (стержневая, горячекатаная), ГОСТом 6727-80 (проволочная, холоднотянутая).

Продукция из стекловолокна описана ГОСТом 31938-2012 (Арматура композитная полимерная для армирования бетонных конструкций), а для других видов полимера необходим индивидуальный расчет для условий конкретного строительства.

Изделие представляет собой прутки круглого сечения Ø 4 мм – Ø 22 мм, свернутые в бухту отрезками длиной до 100 м или фрагментами порядка 6 м.

Различные Ø видны по цвету

Арматура из полимера имеет разный цвет, но он вызван не наличием «особых» добавок, а используется изготовителями для обозначения Ø стандартного прутка. В строительных магазинах благодаря этому можно сразу различать нужную продукцию и не смешивать ее при монтаже каркасов на площадке. Пример раздельного хранения на стеллаже показан на этом фото.

Поверхность отдельного прутка имеет спиральные ребра жесткости, которые обеспечивают надежное скрепление с бетонным монолитом. Для усиления этой функции наружная поверхность композита может быть покрыта абразивной посыпкой.

Виды композита

Чтобы решить, какая лучше арматура подойдет для выбранного типа фундамента, нужно хорошо изучить технические характеристики каждой марки продукции. Основные виды композитной арматуры представлены такими составами:

Стекловолокно АКС. Имеет в своей основе армирующие волокна из неорганического расплавленного стекла.
Арамидная ААК. Полиамидное волокно, напоминающее капрон, нейлон, амилан.
Базальтовая АКБ. Получается при термической обработке сырья из вулканических пород.
Карбоновая (углеродная) АКУ, АКК. Нити на 90% состоят из углерода. Углепластиковая продукция по сравнению с другими типами композита обладает наиболее высокой прочностью.

Нити, непрерывные по всей длине, заключены в оболочку из синтетической термореактивной смолы, которая выполняет функцию связующего (винил-эфирные, эпоксидные и другие смолы).

Сравнение характеристик различных композитов можно увидеть в справочных таблицах:

Удобная доставка

Дополнительным плюсом полимерной продукции является удобство ее транспортировки личным транспортом, как показано на этом фото.

Композитные материалы выбирают для устройства фундамента, когда необходимо добиться снижения веса монолитной конструкции, при оптимизации финансовых затрат на строительство. Однако, нужно исходить из того, что допустимая температура эксплуатации не должна превышать 60°С.

Отличия от стали

Принимать решение, какая арматура лучше металлическая или стеклопластиковая, необходимо по условиям эксплуатации будущей конструкции.

Главным аргументом у продавцов композитных армирующих материалов является выигрыш в весе за счет различной плотности металла и пластика. При подсчете весового соотношения прутьев и раствора в общей массе монолита получается снижение не более 10% для плит и порядка 8% для ленточных оснований.

Эти величины имеют значение, если несущая способность грунта на участке практически равна или незначительно меньше весовой нагрузке здания. При большом различии экономия будет относиться к цене материала и стоимости транспортировки.

Стеклопластиковая арматура при одинаковом сечении со стальным аналогом прочнее на разрыв почти в 3 раза. Но, если к ним приложить одинаковое усилие, то пластик вытягивается больше, чем металл, в 4 раза.

По коэффициенту прочности на разрыв можно сделать равнопрочную замену стали на АСП Ø в 3 раза меньше. Одновременно следует учесть, что увеличение длины на каждый 1 м п арматуры составит 2,2% (2,2 см). Это является недопустимым для большинства бетонных изделий. Из этого следует, что для фундаментов зданий, находящихся под значительной нагрузкой нужно выбирать прутки сечением в 4 раза больше. Это вызовет рост стоимости материала.

Для сравнения и выбора параметров арматуры нужного типа и класса используют справочные таблицы:

Не рекомендуется возводить фундамент с композитной арматурой на грунте, где действуют большие деформационные и искривляющие нагрузки. Следует воздержаться от установки сеток и каркасов из полимера в ростверках и плитах, на которые устанавливают тяжелые здания.

Композит изгибается вручную

Легкие постройки, пристройки к основному зданию, армирующие каркасы их фундаментов, имеющие сложную геометрическую форму, удобно и достаточно дешево можно изготовить (связать) из композитных материалов, как на фото.

Гнуть под заданным углом стеклопластиковые стержни самостоятельно прямо на строительной площадке, как стальные прутья, нельзя. Эту операцию выполняют у производителя по заранее предоставленным чертежам.

Профессиональный проектант на основании предварительного расчета должен подтвердить или запретить возможность использования этих инновационных материалов с запасом прочности не меньше допустимого по ГОСТу.

Особенности работы с композитом

Успешно применить свойства стеклопластиковой арматуры можно, если хорошо знать области, в которых она не имеет равных.

Дискретная сетка

Для уже существующих железобетонных конструкций, имеющих большую массу и размеры, применяют внешнее защитное усиление от агрессивных воздействий среды. По наружному периметру монтируют сплошной (непроницаемый) или дискретный барьер с установкой каркаса из композита, который не ржавеет в условиях повышенного насыщения бетона водой или парами химических веществ из воздуха.

При необходимости создания защиты внутри помещений делают дискретное (сетка) армирование или дисперсный состав (стеклофибробетон).

Сетка из композитных прутков показана на фото.

В условиях возникновения различных по направлению и величине нагрузок на фундамент применяют комбинацию из металлических и полимерных прутков для создания каркасов под расчетные воздействия.

Определение сечения периодического стержня из пластика тоже имеет свои нюансы. Если стальная продукция имеет 3 стандартных показателя:

внешний Ø, который измеряют по наружным ребрам;
внутренний Ø по телу стержня;
номинальный Ø, номер профиля имеет целое значение.

Стеклопластик не имеет четко измеряемых внутренних размеров – это обусловлено особенностями производства. Если этот параметр крайне необходим, то нужно сделать несколько замеров в разных местах по всей длине и вывести среднее значение. После этого измерить внешний габарит и сравнить данные с номиналом продукции.

К преимуществам композитных материалов относят высокие значения их теплового сопротивления и низкие показатели электропроводности (диэлектрик). Однако, влияние теплопроводности не столь значительно в обще массе бетона, как значение толщины наружной теплоизоляции фундамента здания. Диэлектрические свойства создают преимущества каркасу в том случае, если в бетонном основании не предусматривается выход прутьев для устройства контура заземления или выполнения молниезащиты сооружения.

Композитную арматуру вяжут пластиковыми хомутами или проволокой – это зависит от навыков строителя, наличия специальных приспособлений (крючков, пистолета). Для разграничения поясов продаются наборные пластиковые распорки.

Применение в сейсмоопасных районах

Полимерная продукция широко применяется в специальных конструкциях, подверженных переменным природным и техногенным нагрузкам: опоры ЛЭП и мостов, береговые ограждения, отбойные стены, дорожное полотно.

Проведенные НИИ им. Кучеренко испытания композитной арматуры Ø 8 мм на поведение в бетоне при сейсмических толчках силой от 5 до 9 баллов показали, что материал не повреждается до достижения максимального значения разрушающего воздействия (9 баллов).

Применение стеклопластиковой арматуры выгодно при частном малоэтажном строительстве за счет экономии времени и средств на транспортировку, хранение, переработку. Все эти операции можно делать своими руками, используя привычное оборудование и личный транспорт. Посчитав метраж композитного прутка, считается количество комплектующих, облегчающих процесс монтажа: стяжки и наборные распорные детали.

Арматура композитная или железная ???? какая лучше для фундамента: какую выбрать?

Содержание

Расчет толщины сечения
Виды и марки арматуры
Расчет для свайного основания
Соединение арматуры
Виды арматуры
Related Posts via Categories
Немного о технологии связки
Сколько нужно прутка

Расчет толщины сечения

Расчет поперечных и вертикальных прутков и продольных отличается из-за общей нагрузки и требований СНИП.

Поперечная и вертикальная

Для дополнительных поперечных и вертикальных элементов диаметр выбирается в соответствии с проектом. При этом учитываются его размеры, количество длинных арматурин, шаг установки поперечин. Обычно используют гладкие прутья 6-8 мм.

Диаметр поперечной и вертикальной арматуры необходимо подбирать согласно таблице:

Условия использования арматуры	Минимальный диаметр арматуры в мм
Вертикальная при высоте поперечного сечения ленты менее 80 см	6
Вертикальная при высоте ленты более 80 см	8
Поперечная арматура	6

Какой диаметр арматуры нужен для одноэтажного дома? В строительстве 1- 2-этажных частных домов обычно для вертикального и поперечного армирования используются 8-миллиметровые прутья.

Продольная

Для расчета нужно узнать площадь сечения фундамента. Для этого его высоту нужно умножить на ширину. Площадь сечения арматуры должна быть 0,1% от площади сечения основания, значит нужно полученный результат умножить на 0,1%.

Кроме этого необходимо понимать, по какой схеме будет собираться каркас. Обычно он состоит из 4 или 6 продольных прутков.

Рассмотрим примеры расчетов:

Пример

Рассчитаем толщину прутков для ленты с высотой 80 и шириной 30 см. Площадь сечения такой ленты составляет 2400 квадратных см, а 0,1% от него – 2,4 см.

80 * 30 * 0.1% = 2,4 см²

Допустим, планируется использовать арматуру 12 мм. Берем ее площадь поперечного сечения — 1,13 квадратных сантиметров.

Эту площадь можно посмотреть ниже в таблице или высчитать по формуле площади окружности: S=πR², где:

R – радиус,
π – 3,14.

Считаем сколько прутьев (ниток) должно быть в каркасе. Делим 2,4 на 1,13, получаем 2 с остатком, значит, чтобы выполнить требования, нужно применить каркас с тремя нитями. 1,13 * 3 = 3,39 см², а это больше чем 2,4 см², которые рекомендует СНиП.

3 нитки на два пояса поделить не получится, а нагрузка будет значительной и с той и с другой стороны. Для обеспечения ему устойчивости нужно минимум 4 прута. При использовании 4 прутьев в 12 мм получается слишком большой запас прочности.

Оптимальный вариант здесь – взять 4 прута меньшего диаметра. Вполне будет достаточно 10-миллиметровой арматуры. Его площадь — 0,79 см². Если умножить на 4, получится 3,16 см², этого параметра будет достаточно.

Чтобы не высчитывать диаметр каждого прута по площади сечения, можно воспользоваться специальной таблицей:

Номинальный диаметр, мм	Площадь поперечного сечения, см2	Масса 1 метра, теоретическая, кг
6	0,283	0,222
7	0,385	0,302
8	0,503	0,395
10	0,785	0,617
12	1,131	0,888
14	1,54	1,21
16	2,01	1,58
18	2,64	2
20	3,14	2,47
22	3,80	2,98
25	4,91	3,85
28	6,16	4,83
32	8,04	6,31
36	10,18	7,99
40	12,58	9,87
45	15,90	12,48

Подобные расчёты очень удобно производить в Microsoft Excel.

Виды и марки арматуры

Для укрепления основания сегодня используются две основные разновидности арматуры:

Металлическая. Представляет собой стальные прутья различного диаметра с гладким или ребристым винтовым сечением для улучшения качественных характеристик.

Стеклопластиковая. Современная композитная арматура, изготовленная из стекловолокна, базальта или кевлара. Для оптимального сцепления с бетоном на прутьях формируется ребристая поверхность, которая покрывается песком.

Таблица замены арматур

Равнопрочностная замена стальной арматуры — подбор композитной арматуры такого диаметра, при котором ее прочность будет соответствовать прочности металлической арматуры заданного диаметра.

Соответствие диаметров при равнопрочностной замене арматур
	Диаметр, мм
Стальная арматура класса	6	8	10	12	14	16	18	20	22	25
Композитная арматура	4	4	6	8	10	12	14	16	18	20

Количество метров арматуры в 1 тонне

Сравнение количества метров в одной арматуры
	Диаметр, мм
	4	6	8	10	12	14	16	18	20	22	25
Стальная арматура класса	—	4505	2532	1621	1126	826	633	500	405	336	260

Количество килограммов арматуры в 1 километре

Сравнение количества метров в одной арматуры
	Диаметр, мм
	4	6	8	10	12	14	16	18	20	22	25
Стальная арматура класса	—	220	400	620	890	1210	1580	2000	2470	2980	3850
Композитная арматура	20	36	80	140	230	320	440	580	730	—	—

Каждый класс арматуры промаркирован, как в старом (А-I), так и новом (А240) формате.

Класс арматурной стали	Диаметр профиля, мм	Временное сопротивление разрыву, Мпа	Относительное удлинение после разрыва, %	Марка стали
А-I (А240)	6-40	373	25	Ст3кп, Ст3пс, Ст3сп
А-II (А300)	10-40, 40-80	490	19	Ст5сп, Ст5пс, 18Г2С
Ас-II (Ас300)	10-32, (36-40)	441	25	10ГТ
А-III (А400)	6-22, 6-40	590	14	35ГС,25Г2С, 32Г2Рпс
А-IV (А600)	(6-8), 10-18, 10-32, (36-40)	883	6	80С, 20ХГ2Ц
А-V (А800)	(6-8), 10-32, (36-40)	1030	7	23ХГ2Ц

Кроме того, существуют дополнительные обозначения. Например, буква «З» – данная арматура не подвержена коррозии, «С» – прутья легко свариваются, «Т» – материал был подвергнут упрочнению посредством термомеханического метода.

Расчет для свайного основания

Свайные фундаменты представляют собой погруженные в грунт опоры (цельнометаллические или буронабивные), передающие нагрузку от здания и соединенные по верху стальным, железобетонным или деревянным ростверком.

Cвайный фундаментИсточник stroyfora.ru

Буронабивные основания применяют в частном строительстве:

при возведении каркасных или деревянных зданий с небольшой массой;
при слабых грунтах, где другие основания выполнить невозможно — торфяники, болота, сильнопучинистые влажные почвы;
в условиях сложного рельефа — на холмистой, овражистой местности.

Недостаток, который приводит к удорожанию стоимости строительства, — холодный цоколь и невозможность устройства пола по грунту. Преимущество — отсутствие земляных работ. Сваи вкручивают специальной буровой установкой или пробуривают отверстия в земле с последующим монтажом опалубки, армированием и бетонированием. При несыпучих грунтах раствор заливают сразу в скважину.

Армирование свайного фундаментаИсточник housepic.ru

Схема расчета арматуры для свайного буронабивного фундамента.

Определяют тип грунта с помощью ГОСТа «Грунты. Классификация».
Рассчитывают постоянную и временную нагрузку (СНиП «Нагрузки и воздействия»).
Из ВСН 5-71 выбирают несущую способность грунта в зависимости от его структуры.
По имеющимся сведениям находят нагрузку R на погонный метр ростверка, разделив суммарную массу на периметр здания.
Определяют несущую способность сваи по формуле Р = (0,7х R х S)+(U х0.8 х fin х li), где

R — несущая способность грунта,
S — площадь конечного участка опоры,
U — периметр сечения сваи,
fin — сопротивление грунта, определяемое по таблице ВСН 5-71,
li — высота слоя почвы, оказывающей сопротивление боковой поверхности сваи.

Расстояние между опорами определяют по формуле I = P/Q, где Р — несущая способность сваи (п. 5), R — погонная нагрузка на ростверк (п.4). Количество свай определяют исходя из расчетного расстояния между опорами и размеров строения. Армируют конструкции вертикальным каркасом из не менее, чем 4 стержней диаметром от 10 до 16 мм с горизонтальной обвязкой из гладкой арматуры Ø 6-8 мм. По верху оставляют выпуски длиной 25-30 см.

Ростверк рассчитывают как конструкцию, аналогичную ленточному фундаменту.

Соединение арматуры

Самым простым способом укладки арматуры в фундамент является сварка прутьев в единый каркас. Такая технология отличается еще и высокой скоростью. Вот только при этом большая часть изделий (прутьев) в месте сваривания теряет свои прочностные характеристики. Поэтому мы не рекомендуем использовать сварку, а приберечь ее для совершенно безвыходных ситуаций.

Другим вариантом конструирования каркаса является так называемая вязка арматуры, которая подразумевает создание проволочного соединения в каждом пересечении прутьев «скелета». Данный процесс является достаточно трудоемким, но если приноровиться, то на каждое соединение будет уходить не более 5 секунд. Последовательность вязки изображена на рисунке ниже. Все вышеперечисленные операции лучше проводить перед тем, как установлена опалубка для фундамента.

Обращаем ваше внимание на то, что более 50% всех пересечений прутов должны быть соединены. Это относится, в первую очередь, к угловым частям каркаса

Армирование при возведении ленточного фундамента

Одной из особенностей ленточного монолитного основания является то, что независимо от высоты при его возведении достаточно использовать всего 2 пояса армирования – сверху и снизу. Чаще всего используют прутья диаметром от 10 до 14 мм – в зависимости от нагрузки. Чем капитальнее постройка, тем больше диаметр используемой арматуры. Каждый армирующий пояс состоит из пары продольных ребристых прутов. Они соединяются посредством перемычек из гладких прутков диаметром 8 мм, расположенных с шагом 500 мм в горизонтальной и вертикальной плоскости.

Важно, чтобы все элементы каркаса впоследствии были покрыты защитным слоем бетона – около 50 мм (для защиты от влаги). Одновременно нужно учитывать то, что продольно ориентированные пруты должны быть максимально приближены к горизонтальной поверхности, играя роль балки, устойчивой к растяжению

Именно по этой причине не стоит увлекаться и прятать пояс глубже. Вертикальные конструктивные элементы устанавливают на предварительно подготовленное основание – 30 мм подбетонку. Это позволяет уберечь металл от коррозии, которая неминуемо возникла бы в иных ситуациях из-за воздействия влаги.

Также отметим необходимость изгиба арматуры на углах – не стоит укладывать пруты под прямым углом друг к другу, т.к. это сведет на нет все старания по созданию монолитной конструкции. Пруты размещают внахлест не менее 250 мм и прочно связывают проволокой.

Армирование при строительстве буронабивного основания

При усилении буронабивной сваи используют ребристые пруты диаметром 10 мм. Их может быть 2, 3, 4 или более – в зависимости от диаметра используемой формы заливки. Как правило, в качестве последней используют асбестоцементную трубу диаметром 200 мм. В этом случае можно использовать 3-4 прута арматуры, соединенные вместе так, как показано на рисунке ниже

Важно, чтобы элементы каркаса отступали от трубы не менее чем на 50 мм. Так же нужно учитывать, чтобы нижние части прутов упирались на заранее подготовленную бетонную площадку (см

статью о буронабивных сваях).

Армирование для плитного фундамента

Плитное основание является одним из самых надежных и при этом самых дорогостоящих решений. Цена арматуры для фундамента, которую придется заплатить за нулевой цикл при таком строительстве, может составить до 20% от общей стоимости постройки.

При возведении такого типа основания используют ребристую арматуру диаметром 10-16 мм в зависимости от пучинистости грунта и величины нагрузки от будущего здания. Чем сложнее условия строительства, тем больше диаметр стальных прутьев. Укладывается два пояса, причем таким образом, чтобы образовались клетки со сторонами 200 мм.

Виды арматуры

Это изделие различается по нескольким параметрам. К ним относятся:

материал изготовления;
профиль;
степень прочности.

Материалы

На сегодняшний день наиболее распространена стальная арматура, но на смену ей стала приходить композитная. Стальная пока лидирует, так как она проверена временем, но у композитной есть ряд преимуществ. Как распределится рынок арматуры в дальнейшем, покажет время.

Стальная арматура производится методом металлопроката. Расплавленный металл разливают в изложницы, а полученные слитки нагревают, обжимают и прокатывают.

Пруты арматуры стандартизированы и имеют маркировку по ГОСТ 5781-82

Главной характеристикой этой продукции является усилие на растягивание, которое она способна выдержать. Она обозначается буквой А и индексом от 1 до 6 при ней. 2. Непрофилированная арматура (гладкая) имеет только класс А1, все остальные классы принадлежат рифленой продукции.

Рифление выполнено в виде двух продольных ребер и поперечных периодических выступов. Их расположение может быть различным: кольцевым, серповидным и смешанным. Два последних типа имеют самые высокие пределы прочности на разрыв.

На изготовление такой арматуры идут углеродистые и легированные стали, несколько отличающиеся по своим свойствам. Также имеют значение особенности технологического процесса, поэтому в сертификате на изделия могут стоять следующие буквы:

«к» — устойчивость к коррозии;
«в» — упрочнение производилось вытяжкой;
«с» — пригодная к сварке;
«т» — прошла термическую обработку.

Диаметр стальной арматуры тоже стандартизирован. Выпускаются пруты диаметром 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 25, 28, 32, 36 и 40 мм. Диаметром 6 мм выпускается как стержневая, так и проволочная (гладкая) арматура, более 8 мм — только стержневая профилированная.

Тонкие изделия (до 6 мм) выпускают в мотках, а более крупные диаметры — в виде стержней. Чаще всего в продаже можно встретить шестиметровые пруты. На заводе их выпускают по 12 метров, но водители не любят их перевозить: за провоз негабаритного груза надо платить.

Помимо стержней в качестве арматуры могут использоваться стальные тросы — одинарные и двойные. На них тоже существует ГОСТ, но в домостроении они практически не применяются ввиду своей цены и назначения А вот в строительстве мостов и других сооружений, испытывающих постоянные динамические нагрузки, они заняли свое прочное место.

Неоспоримыми плюсами стальных изделий являются проверенность временем и низкая цена. Главный минус — коррозия, которой подвержена сталь.

Композитная арматура по прочности не уступает стальной, а вот к коррозии более устойчива, и имеет в 8 раз меньший удельный вес. В зависимости от применяемого материала различают стеклопластиковую, базальтопластиковую и углепластиковую арматуру.

Несмотря на более высокие лабораторные показатели прочности, композитные изделия пока что плохо показывают себя в условиях постоянных нагрузок. По поведению такой арматуры в реальных условиях даже были разработаны поправочные коэффициенты для расчетов, зависящие от характера нагрузок и внешних условий. Их нельзя игнорировать в таких конструкциях, как столбы и перекрытия. Диапазон поправок находится в пределах от 0,3 до 1, и именно на эти числа нужно умножать заявленную прочность, если конструкция будет эксплуатироваться в указанных режимах.

Что касается заявленной прочности, то композитная АСП-12 соответствует стальному изделию диаметром 16 мм.

Вес: сравнительная таблица

Это важный параметр. Многие покупатели, посчитав длину и диаметр нужной арматуры под фундамент, не задумываются над тем, как ее привезти и где разместить. Ситуация усугубляется тем, что часть торговых предприятий продают ее в метрах, а часть — на вес. Чтобы было проще сориентироваться, данные о весе можно сравнить по таблице:

диаметр	сталь, вес, кг/пм	сталь, количество в тонне, м/т	композит, вес, кг/пм	композит, количество в тонне, м/т
4			0.02	50000
6	0,222	4505	0.05	25000
7			0.07	16667
8	0,3946	2534	0. 08	12500
10	0,6165	1622	0.12	5000
12	0,88	1126	0,20	4348
14	1,208	827,5	0,26	3333
16	1,58	633,6	0,35	2857
18	1,99	500,6	0,46	2326
20	2,466	405,5	0,51	1667

Здесь приведены самые ходовые размеры арматуры. Из таблицы видно, что плотность композита действительно намного меньше таковой у стали.

Немного о технологии связки

Способы вязки арматуры для фундамента.

Любое строительство всегда хочется закончить как можно скорее. Для этого необходимо добиться того, чтобы производительность труда была максимальной. Это приводит в итоге к сокращению расходов и времени. Это касается и технологии вязки арматуры.

Для грамотного решения поставленной задачи необходимо правильное разделение труда, правильная техника монтажа, а также использование специализированного инструмента.

Длина перепуска зависит от многих факторов. Самый главный — это тип арматуры. Также имеет значение тип бетона, который используется при возведении ленточного фундамента. Средняя длина перехлеста составляет 25 сантиметров.

В том случае, если необходимо сделать вертикальную конструкцию, нужно воспользоваться специализированным оборудованием или подручными средствами.

Сколько нужно прутка

Разработав схему армирования ленточного фундамента, вы знаете, сколько продольных элементов вам необходимо. Они укладываются по всему периметру и под стенами. Длинна ленты будет длиной одного прутка для армирования. Умножив ее на количество ниток, получите необходимую длину рабочей арматуры. Затем к полученной цифре добавляете 20% — запас на стыки и «перехлесты». Вот столько в метрах вам и нужно будет рабочей арматуры.

Считаете по схеме сколько продольных ниток, потом высчитываете сколько необходимо конструктивного прутка

Теперь нужно посчитать количество конструктивной арматуры. Считаете, сколько поперечных перемычек должно быть: длину ленты делите на шаг установки (300 мм или 0,3 м, если следовать рекомендациям СНиПа). Затем подсчитываете, сколько уходит на изготовление одной перемычки (ширину арматурного каркаса складываете с высотой и удваиваете). Полученную цифру умножаете на количество перемычек. К результату добавляете тоже 20% (на соединения). Это будет количество конструктивной арматуры для армирования ленточного фундамента.

По похожему принципу считаете количество, которое необходимо для армирования подошвы. Сложив все вместе, вы узнаете, сколько арматуры нужно на фундамент.

Плюсы и минусы строительной композитной арматуры

Основные плюсы композитной арматуры заключаются в её малом весе, высокой прочности на разрыв, высокой химической и антикоррозионной устойчивости, низкой теплопроводности, малом коэффициенте теплового расширения и в том, что она является диэлектриком. Высокая прочность на разрыв, значительно превышающая аналогичный параметр у стальной арматуры при равном диаметре, позволяет применять композитную арматуру меньшего диаметра взамен стальной.

Вы даже не представляете себе, насколько выгодным является применение стеклопластиковой арматуры! Экономический выигрыш от её применения складывается из целого ряда факторов, а отнюдь не из одной только разницы в стоимости между погонным метром стальной и композитной арматуры.

Не поленитесь посмотреть полное описание факторов, из которых складывается ваша экономия денежных средств, времени, человеко-часов, электричества, расходных материалов и т.д. в статье «ЭКОНОМИЯ ОТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ КОМПОЗИТНОЙ АРМАТУРЫ»

Но, нужно помнить, что у композитной арматуры есть и существенные минусы. Большинство Российских производителей не афишируют эти минусы, хотя любой инженер строитель может заметить их самостоятельно. Основными минусами любой композитной арматуры являются следующие:

модуль упругости композитной арматуры почти в 4 раза ниже, чем у стальной даже при равном диаметре (другими словами она легко изгибается). По этой причине её можно применять в фундаментах, дорожных плитах и т.д., но применение в перекрытиях требует дополнительных расчетов;
при нагреве до температуры в 600 °С, компаунд, связывающий волокна арматуры, размягчается настолько, что арматура полностью теряет свою упругость. Для увеличения устойчивости конструкции к огню в случае пожара — требуется предпринимать дополнительные меры по теплозащите конструкций, в которых используется композитная арматура;
композитную арматуру, в отличие от стальной, — невозможно сваривать электросваркой. Решение — установка на концы арматурных стержней стальных трубок (в заводских условиях) к которым уже можно будет применять электросварку;
такой арматуре невозможно придать изгиб непосредственно на строительной площадке. Решение — изготовление арматурных стержней требуемой формы ещё на производстве по чертежам заказчика;

Подведем итог

Несмотря на то, что зарубежом такая арматура успешно применяется уже несколько десятилетий, все виды композитной арматуры являются довольно новым материалом на строительном рынке России. Её применение имеет большие перспективы. На сегодняшний день её можно смело применять в малоэтажном строительстве, в фундаментах различных типов, в дорожных плитах и прочих подобных конструкциях. Однако для применения её в многоэтажном строительстве, в конструкциях мостов и т.д. — требуется учитывать её физико-химические особенности ещё на этапе подготовки к проектированию.

Любопытный факт — арматура в бухтах!

Основным применением арматуры в малоэтажном строительстве является использование её для армирования фундаментов. При этом, чаще всего используется стальная арматура класса А3, диаметрами 8, 10, 12 мм. Вес 1000 метров погонных стальной арматуры составляет 400 кг для Ø8мм, 620 кг для Ø10мм, 890 кг для Ø12мм. Теоретически Вы можете приобрести стальную арматуру в бухтах (если найдете), при этом, в последствии, Вам понадобится специальное устройство для повторного выравнивания такой арматуры. Сможете ли Вы перевезти 1000 метров такой арматуры на своем легковом автомобиле к месту строительства, чтобы сократить расходы на доставку? А теперь представьте, что указанную арматуру можно заменить композитной меньшего диаметра, а именно 4, 6, 8 мм вместо 8, 10, 12 мм. соответственно. Вес 1000 метров погонных композитной арматуры составляет 20 кг для Ø4мм, 36 кг для Ø6мм, 80 кг для Ø8мм. Вдобавок, несколько уменьшился её объём. Такую арматуру можно приобрести в бухтах, при этом, внешний диаметр бухты составляет чуть больше 1м. Кроме того, при разматывании такой бухты, композитная арматура не требует выпрямления, так как практически не имеет остаточной деформации. Могли ли Вы себе представить, что сможете перевезти арматуру, требующуюся для строительства загородного дома или дачи, в багажнике собственного легкового автомобиля? И Вам даже не понадобится помощь при загрузке и разгрузке!

Поделиться ссылкой

МеткиАрматура в бухтах Композитная арматура Композитная арматура плюсы и минусы Композитная стеклопластиковая арматура Минусы композитной арматуры Минусы стеклопластиковой арматуры Плюсы и минусы стеклопластиковой арматуры Стеклопластиковая арматура Стеклопластиковая арматура в бухтах. Фото Стеклопластиковая композитная арматура

Предыдущий Композитная арматура для армирования промышленных полов площадью 7000 кв. м.

Следующий Стеклопластиковая арматура для завода в Аннолово (Ленинградская область)

Проверьте также

Двухэтажный дом из пенобетона в поселке «Ближняя пристань» на фундаменте, армированном композитной арматурой. Строительство дома …

С одной стороны, если говорить просто о всех возможных вариантах, то композитную стеклопластиковую арматуру можно …

Стеклопластиковая арматура для фундамента: отзывы специалистов

Содержание

Почему появилась стеклопластиковая арматура на строительном рынке
Отзывы специалистов, преимущества и недостатки композитной нитки
Использование стеклопластикового прутка в фундаменте
Варианты применения стеклоарматуры
Заключение

Жесткие требования конкуренции в сфере современного строительства заставляют искать способы снижения затрат, в том числе с применением новых материалов. Появляются новые рецептуры строительного камня, специальные марки бетонов, фундаментных составов, облицовочных и теплоизоляционных материалов. Параллельно на рынке, ранее традиционном для металлической арматуры и специальных конструкций, активно пытаются завоевать «место под солнцем» производители разнообразных композитных изделий. Чаще всего это неметаллические силовые элементы и стеклопластиковая арматура.

Почему появилась стеклопластиковая арматура на строительном рынке

Композитные материалы, и стеклопластиковая арматура в том числе, изготавливаются по относительно несложному технологическому принципу пропитки стеклянных или базальтовых волокон эпоксидной или полиэфирной смолой матрицы. Далее пучок формируется на станке в калиброванный по диаметру пруток композитной арматуры, и запекается при невысокой температуре в специальной сушильной печи. Обычно длина одного отрезка арматуры не превышает 100 м.

Стеклопластиковая арматура не требует работы сложного и дорогостоящего оборудования, поэтому сами производственные затраты относительно невелики, большую часть себестоимости составляет цена смолы для матрицы и стекловолоконного жгута. И все же, если сравнить стоимость стеклопластикового и стального прутка одного диаметра, металлическая арматура имеет складскую цену на 10-20% меньше, а это очень большая разница для такой сферы, как строительство.

Тем не менее стеклопластиковый материал достаточно сильно потеснил металлопрокатную продукцию, не в последнюю очередь из-за ряда специфических свойств, но главными факторами стали немного иные причины:

Стеклопластиковая арматура все чаще стала применяться в частном малоэтажном строительстве. Она более доступна в работе, ее легче и намного дешевле перевозить, хранить, резать. Ее не нужно спрямлять и выравнивать перед использованием, как в случае со стальным вариантом. Материал можно купить целой бухтой и нарезать кусками самой нестандартной длины. Тогда как на стальной стандартный 11-метровый пруток пришлось бы немало отходов, если ваш фундамент, например, имеет армирование длиной 8 м;
Доступность оборудования для производства армирующего жгута позволило многим небольшим предприятиям — производителям стройматериалов наладить поточное производство стеклопластиковой арматуры в самых различных вариантах исполнения поверхности прутка. Огромное количество предложений, грамотная политика продаж и скрытая реклама позволяют диверсифицировать рынок;
Стремление подрядчиков сэкономить в строительных работах на более выгодном материале для армирования, для чего зачастую используется формальный, «слепой» перерасчет по прочности эквивалента композитных материалов и стальной арматуры.

Отзывы специалистов, преимущества и недостатки композитной нитки

При желании можно отыскать самые сложные выкладки и довольно простые примитивные доводы о том, чем хороша или плоха стеклопластиковая арматура. Как правило, серьезные исследования и отзывы специалистов в большинстве случаев не дают конкретных рекомендаций, по сути, «горячей» проблемы фундамента, во многом возможности арматуры на стеклопластиковой основе приходится оценивать на собственный страх и риск.

Внимание! Среди многочисленных отзывов специалистов практически нет настоящих профессиональных экспертов в области строительной механики композиционных материалов. Их мнение и отзывы, как правило, отражаются в оценках и заказных расчетах конкретных строительных проектов, стоят немалых денег и на суд общественности не выносятся.

Профессиональным можно назвать подход, если отзывы тех или иных экспертов оценивают конкретную ситуацию использования, например, стеклопластикового прутка в фундаменте дома с использованием практических результатов и анализом причин. В противном случае назвать такие отзывы специалистов можно в лучшем случае рекламой или антирекламой.

Использование стеклопластикового прутка в фундаменте

Применение арматурных сеток на основе стеклопластиковых силовых элементов началось с 60-х годов прошлого века. Кроме того, построено и находится в эксплуатации достаточно большое количество зданий и технологических сооружений из камня и бетона, в фундаменте и стенах которых использовано армирование на стеклопластиковой основе. Отзывы о состоянии построек с элементами стальной и стеклопластиковой арматуры и многолетнем опыте эксплуатации дадут больше, чем все теоретические выкладки «знатоков», вместе взятые.

Практически все, кто снимает ролики или выкладывает свое мнение о недостатках стеклопластиковой арматуры, — это или менеджеры продаж конкурирующего стального проката, или дилетанты, путающие причины и следствия основных принципов прочности и жесткости конструкций. В большей части такие рассуждения о недостатках стеклопластиковой арматуры сопровождаются формулами и данными о прочности стали и композита. Но внятных причин или процессов, по которым нельзя использовать стеклопластиковое армирование, нет. Если человек, взявшийся комментировать преимущества и недостатки стеклопластикового армирования, не продемонстрировал на практике фрагмент разрушенного бетона или куска фундамента со стеклопластиковой арматурой, все его рассуждения остаются фантазиями на произвольную тему.

Стеклопластиковая арматура используется в строительстве, машиностроении, в специальных проектах уже более 40 лет. Если для вас этот вопрос принципиален, обратитесь в старые советские учебники 70-х годов прошлого века, журналы по строительной тематике, в этих источниках раскрывается физика и механика процессов разрушения фундамента, приводятся многочисленные примеры ошибок.

Обладая высокой удельной прочностью, стеклопластиковое армирование может прекрасно работать в самых сложных условиях, но при этом оно обладает рядом недостатков, ограничивающих его применение в строительстве:

Стеклопластиковая природа композитной арматуры обладает практически нулевой пластичностью материала. Говоря человеческим языком, каркас для высоконагруженного фундамента или стен из такого прутка не сможет пластично подстраиваться под перераспределение нагрузки в нагруженном бетонном камне. В результате в отдельных местах фундамент здания будет испытывать перегрузку, что может вызвать появление трещин;
Стеклопластиковая основа очень хорошо воспринимает растягивающие осевые нагрузки, намного хуже сжимающие нагрузки, и катастрофически плохо переносит усилие сдвига. Это значит, что любое поперечное срезающее усилие, которых немало в «свежих» фундаментах из-за осадочных процессов, приведет к разрушению целостности арматуры;
К сожалению, в течение времени, пока бетон фундамента набирает прочность, каркас из стеклопластика ведет себя несколько иначе, и именно на этом этапе, поэтому каждый конкретный случай в компоновке арматуры требует очень внимательного и аккуратного анализа.

Поэтому в тех узлах, где допустима замена металла композитным материалом, вместо традиционного восьмимиллиметрового прутка, вполне может быть использован шестимиллиметровый жгут стеклопластиковой арматуры. Мало кто знает, но сегодня уже на потоке производятся строительные плиты из напряженного бетона со стеклопластиковой арматурой. Но в производстве такой материал стоит значительно дороже, поэтому практически 90% ассортимента, в том числе для фундамента, являются заказными изделиями.

Варианты применения стеклоарматуры

Неоспоримым преимуществом стальной арматуры является очень хорошо прогнозируемое поведение металла в самых сложных условиях нагрузки. Все существующие небоскребы и высотные здания строятся только на стальной арматуре, мало того, у большинства таких «чудес света» существует внутренний металлический каркас.

Стеклоарматура для высотных зданий или высоконагруженных фундаментов не подойдет. Строительная механика фундаментов – это, вообще, целая наука, прежде всего из-за сложного взаимодействия отдельных частей фундамента с грунтом, со стенами всей конструкции.

В существующей модели фундамента самыми проблемными являются угловые зоны, где арматура испытывает растягивающие, изгибающие и перерезывающие нагрузки. В этих местах не каждая даже стальная арматура в состоянии обеспечить жесткую связку угловых блоков. Металлической арматуре в блоке фундамента это удается только благодаря сочетанию высокой пластичности и упругости. Стеклопластиковое армирование в этих узлах фундамента применять нельзя. Несмотря на высокую продольную прочность, она не сможет противостоять скручиванию и перерезыванию в угловой точке контакта фундамента.

Прочности и пластичности стеклопластиковой арматуры будет достаточно для постройки фундамента и подвала одно или двухэтажного дома. Но при условии, что в угловых стыках фундамента для сращивания арматуры под прямым углом будут использованы специальные муфты. Тем более стеклопластик легко и просто использовать для простого ленточного фундамента 70-90 см глубиной.

Удачным считается применение стеклопластиковой арматуры в паре со специальными марками бетона для фундамента. Зачастую в условиях применения в фундаменте специальных добавок, усиливающих морозостойкость или водонепроницаемость, стальная арматура начинает интенсивно коррозировать. Особенно в фундаментах на грунтах с высоким содержанием солей или в непосредственной близости к трансформаторным подстанциям.

В стенах малоэтажных домов, особенно из газобетонного блока, арболитового камня и любого другого стройматериала, обладающего невысокой жесткостью и контактной прочностью, использование стеклопластикового армирования даже приветствуется. С ним намного проще и легче работать, чем со стальным прутком.

Кроме того, композитная арматура просто идеально подойдет для крепления наружного утеплителя или кладки облицовочного кирпича, там, где требуется или оцинковка, или нержавейка. И, тем более стоит использовать тонкую стеклянную нитку для работ на цокольных блоках фундамента.

Заключение

Еще одна проблема, характерная для российской действительности, о которой обязательно стоит упомянуть. Это низкое качество самой стеклопластиковой арматуры отечественного производителя. Практически каждая бухта с арматурой имеет дефекты излома.

Металлический пруток при складировании и транспортировке может быть украден или по-варварски выгружен в неудобном месте вдалеке от фундамента. Но в любом случае его качество не пострадает. Стеклопластиковую нитку можно легко повредить при транспортировке и даже не заметить этого. В фундамент такую арматуру закладывать точно нельзя.

Строим дом из пеноблоков своими руками
Плавающий фундамент
Опалубка для фундамента своими руками
Фундамент под печь в баню

Стеклопластиковая арматура

Стеклопластиковая арматура ПолиПласт

Высокопрочный армирующий материал нового поколения. Легкий, прочный и удобный в работе. В 5 раз прочнее металла на разрыв. Не ржавеет и стоит вдвое дешевле стальных аналогов.

Наши цены за 1 метр на 21 июня 2022:

Наши склады:

Ростов-на-Дону

ул. Туполева 16а (р-он рынка «Атлант»)

Симферополь, Крым

ул. Узловая 7 (р-он Пивзавода)

МОСКОВСКАЯ ОБЛАСТЬ, ДОМОДЕДОВО, ул Индустриальная 3а

Композитная арматура ПолиПласт

Стеклопластиковая арматура

Стеклопластиковая арматура — это силовой стержень с равномерно расположенным на поверхности и под углом к его продольной оси анкеровочным слоем, изготовленный из термореактивной смолы, непрерывного армирующего наполнителя и других наполнителей.

Синонимы:

композитная арматура, арматура композитная периодического профиля, арматура композитная полимерная, АПК

Диаметр:

4 — 40 мм.

Качество:

ГОСТ 31938 — 2012
ТУ 2296-001-26968101-2016

Заказать

Композитная арматура ПолиПласт

Стеклопластиковая арматура

Синонимы:

композитная арматура, арматура композитная периодического профиля, арматура композитная полимерная, АКП

Диаметр:

4 — 40 мм.

Качество:

ГОСТ 31938 — 2012
ТУ 2296-001-26968101-2016

Заказать

Преимущества стеклопластиковой арматуры ПолиПласт

Почему стеклопластиковые материалы ПолиПласт лучше железных?

На долговечность бетона особое влияние оказывает срок службы его армирующих конструкций. Железная арматура подвержена коррозии.

Главные причины возникновения коррозии:

Снижение показателя pH в среде бетона.
Увеличение содержание хлоридов
Трещины, особенно глубокие.
Проникновение карбонатных соединений.

Стеклопластиковая арматура ПолиПласт не боится этих факторов. Она устойчива к среде бетона, неблагоприятной для железа.

Долговечный материал. Устойчив к различным агрессивным условиям бетона (понижение pH, наличие хлоридов, карбонатных соединений, появление трещин). Служит в 2 раза дольше стальной арматуры.

Композитный материал не подвержен коррозии и не окисляется. Не боится влаги. Отлично подходит для армирования бетона.

Легкая и удобная в перемещении. Быстро устанавливается. Нарезается болгаркой. Соединяется вязальной проволокой или пластиковыми хомутами.

По сравнению с металлической стеклопластиковая арматура обойдется намного дешевле. Из-за низкого веса и транспортировка подобной продукции будет дешевле.

Упаковка стеклопластиковой арматуры ПолиПласт

Стеклопластиковая арматура

в бухтах (матрёшкой)

Стандартная упаковка:

Диаметр 4-10 мм. — бухты 50 или 100 м. Диаметр бухт — 0,8 и 1 метр.
Диаметр 12 мм. — бухты 50 м. Диаметр бухт — 1,4 и 1,6 метр.

Нестандартная упаковка:

Любая по Вашему желанию.

Стеклопластиковая арматура

в бухтах на паллете

(матрёшкой)

Стандартный паллет — высота 1 метр.
Нестандартный паллет — любой, по размеру Вашей машины.

Стеклопластиковая арматура

в бухтах на паллете

(матрёшкой)

Стандартный паллет — высота 2 метра.
Нестандартный паллет — любой, по размеру Вашей машины.

Стеклопластиковая арматура

в хлыстах

Стандартная упаковка:

диаметр 4-10 мм. — хлысты 6 или 12 м.
диаметр 12 мм. — хлысты 6 или 12 м.
диаметр 14-40 мм. — хлысты 6 или 12 м.

Нестандартная упаковка:

Любая, по Вашему желанию.

Стеклопластиковая арматура

в бухтах (матрёшкой)

Стандартная упаковка:

Диаметр 4-10 мм. — бухты 50 или 100 м. Диаметр бухт — 0,8 и 1 метр.
Диаметр 12 мм. — бухты 50 м. Диаметр бухт — 1,4 и 1,6 метр.

Нестандартная упаковка:

Любая по Вашему желанию.

Стеклопластиковая арматура

в бухтах на паллете

(матрёшкой)

Стандартный паллет — высота 1 метр.
Нестандартный паллет — любой, по размеру Вашей машины.

Стеклопластиковая арматура

в бухтах на паллете

(матрёшкой)

Стандартный паллет — высота 2 метра.
Нестандартный паллет — любой, по размеру Вашей машины.

Стеклопластиковая арматура

в хлыстах

Стандартная упаковка:

диаметр 4-10 мм. — хлысты 6 или 12 м.
диаметр 12 мм. — хлысты 6 или 12 м.
диаметр 14-40 мм. — хлысты 6 или 12 м.

Нестандартная упаковка:

Любая, по Вашему желанию.

Выбрали арматуру?

Композитная арматура ПолиПласт

Заливаем бетон

Композитная арматура готова к укладке

Армируем площадку

Вяжем сетку

Форелевое хозяйство

Почему нам доверяют

Безупречное качество

Высокое качество композитных продуктов поможет Вам построить крепкий дом. С нашими композитами строительство станет намного легче.

Безусловная гарантия

Нет никаких условий. Мы гарантируем каждый метр наших материалов. Обнаружите брак — заменим товар или вернем Вам деньги.

Ответственность

Мы соблюдаем все нормативы. Честно расскажем Вам о свойствах композитов и поможем выбрать оптимальное сочетание цены и безопасности.

Всегда держим слово

Мы не бросаем слов на ветер и всегда делаем то, что говорим. Ваше хорошее настроение — лучший подарок для нас, а Ваша дружба — лучшая награда!

Подтверждение качества

Арматура композитная полимерная
ГОСТ 31938 — 2012

Сертификат соответствия

Стеклопластиковая арматура ТУ 2296-001-26968101-2016

Сертификат соответствия

Сетка композитная полимерная ТУ 22.29.29-001-23054178-2018

Сертификат соответствия

Пожарный сертификат соответствия НСОПБ.RU.ПР019/ 3.Н.01362

ГОСТ 31938 — 2012

Пожарный сертификат соответствия НСОПБ.

RU.ПР019/ 3.Н.01314

ТУ 2296-001-26968101-2016

Ручаемся за качество нашей стеклопластиковой арматуры.

Обнаружите брак – вернем деньги!

Заказать

Ручаемся за качество нашей стеклопластиковой арматуры.

Обнаружите брак – вернем деньги!

Заказать

Применение стеклопластиковой арматуры ПолиПласт

Этапы строительства

Готовый дом

Новый дом для Вашей семьи

Рассмотрим типичные этапы строительства частного дома.

Подготовка и разметка участка

для армирования строений

Любое строительство начинают с проекта. Он содержит все этапы предстоящей стройки.

Первый этап — подготовка участка и его разметка.

Земляные работы

копаем фундамент

На нашем участке появляются первые черты будущего дома. Следим за глубиной — она не должна быть меньше глубины промерзания грунта.

Армирование фундамента

композитной арматурой

Укладываем песчаную и щебневую подушку. Вяжем арматурный каркас из стеклопластиковой арматуры. Ставим опалубку.

Фундамент готов к заливке бетона.

Заливка фундамента

и плиты пола 1 этажа

Заливаем фундамент. Засыпаем грунт под плиту первого этажа. Вяжем под нее арматурный каркас из стеклопластиковой арматуры.

Заливаем плиту первого этажа.

Стены

3 уровень блоков и армопояс

Стены дома выкладываются из газобетонных блоков автоклавного твердения.

Через каждые три ряда прорезаются две штробы, в которые помещают стеклопластиковую арматуру диаметром 6 или 8 мм.

Стены

армопояс и гибкие связи

Стены дома выкладываются из газобетонных блоков автоклавного твердения.

Через каждые три ряда прорезаются две штробы, в которые помещают стеклопластиковую арматуру диаметром 6 или 8 мм. Каждые три ряда стеновых блоков связываем стеклопластиковой сеткой эти блоки и стену из облицовочного кирпича.

Облицовка стен и отмостка

гибкая связь между стеной и облицовкой

Каждые три ряда стеновых блоков связываем стеклопластиковой сеткой эти блоки и стену из облицовочного кирпича.

Делаем отмостку. Армируем отмостку композитной сеткой.

Плиты перекрытия

армирование плит перекрытия

При армировании перекрытий важно знать, что при очень высокой прочности на разрыв, модуль упругости стеклопластиковой арматуры ниже, чем у металлической.

Рекомендуем обратиться к специалисту. Особенно для расчета перекрытий между широкими пролетами.

Плиты перекрытия

армирование плит перекрытия

Рекомендуем обратиться к специалисту. Особенно для расчета перекрытий между широкими пролетами.

Плиты перекрытия

армирование плит перекрытия

Рекомендуем обратиться к специалисту. Особенно для расчета перекрытий между широкими пролетами.

Прозрачный дом

со стеклопластиковым армокаркасом

Убираем лишнее.

Так выглядит дом с точки зрения наших композитных материалов.

Ракурс 1.

Прозрачный дом

со стеклопластиковым армокаркасом

Убираем лишнее.

Так выглядит дом с точки зрения наших композитных материалов.

Ракурс 2.

Прозрачный дом

со стеклопластиковым армокаркасом

Убираем лишнее.

Так выглядит дом с точки зрения наших композитных материалов.

Ракурс 3.

Как заказать?

Готовы выбрать?

Мнение тех, кто нам доверяет

Мы сотрудничаем с ООО «Полипласт» с 2015 года. Лучшая арматура в России!С Вами приятно и общаться и работать. Надеемся на дальнейшее сотрудничество.

Владислав Алоян

Ставрополь

Узнала о стеклопластиковой арматуре когда строила коттедж. Заказала в «Полипласт».
Привезли на следующий день. Ещё купила композитную сетку (не знала, что такая вообще существует). Рекомендую всем!

Елена Храпковская

Краснодар

Уже 4 года моя база закупает у Вас стеклопластиковую арматуру и сетку для строительных бригад региона. К Вашей продукции никаких претензий нет. Не подводите со сроками. Всегда держите слово. Спасибо!

Джамбулат Исаев

Грозный

Композитная и стандартная стальная арматура

Q. Как обстоят дела со стекловолоконной и углеродной арматурой? Я узнал об этих вариантах композитной арматуры недавно, когда услышал, как подрядчик упомянул, что их стоимость теперь сопоставима со стандартной стальной арматурой. Но я не уверен, насколько точен мой источник, или когда вы будете использовать один против другого. И где в смесь впишется арматура с эпоксидным покрытием?

А. Билл Палмер, редактор woc360.com , член Американского института бетона, лицензированный профессиональный инженер и бывший редактор журнала Concrete Construction , отвечает: Армирование из углеродистой стали использовалось более века для придания железобетону прочности на растяжение. Это дополнительное армирование необходимо, потому что прочность бетона на растяжение (при прямом растяжении) составляет лишь около 10-15% его прочности на сжатие, поэтому бетон с давлением 3000 фунтов на квадратный дюйм может иметь прочность на растяжение всего 300 фунтов на квадратный дюйм по сравнению со сталью класса 60, которая имеет предел прочности на растяжение 60000 фунтов на квадратный дюйм.

Когда к бетонной балке прилагается нагрузка, она прогибается или изгибается, и бетон в верхней половине балки сжимается, а нижняя половина испытывает растяжение. Сталь размещается в нижней части балки, и когда бетон, окружающий сталь, трескается — хотя вы можете даже не видеть трещины — сталь обеспечивает прочность на растяжение.

Но недостатком стали в бетоне является то, что со временем влага, хлориды и кислород проникают в бетон и вызывают коррозию стали. Если коррозия достаточно сильная, то бетонная балка (или колонна, или стена) теряет прочность на растяжение или изгиб. Это особенно проблема в конструкциях, которые подвергаются воздействию солей против обледенения, таких как мосты или гаражи.

Фото предоставлено Owens Corning Infrastructure Solutions
Арматура из стеклопластика доступна в различных размерах и классах для различных применений. Здесь показана арматура Owens Corning № 3 из стекловолокна Pinkbar, которая, по словам компании, хорошо подходит для плоских работ благодаря своей коррозионной стойкости, легкому весу и простоте обращения. Также доступна арматура из более прочного стекловолокна для конструкционных применений.

Для защиты стали в 19 веке была изобретена арматура с эпоксидным покрытием.70-е годы. За последние 50 лет были построены тысячи конструкций с использованием стержней с эпоксидным покрытием, и эпоксидное покрытие в основном успешно продлевает время до начала коррозии. Однако недавно некоторые государственные департаменты транспорта запретили использование арматуры с эпоксидным покрытием после обнаружения многих мостов, где покрытие отслоилось от стали. Достаточно небольшого кусочка эпоксидной смолы, чтобы коррозия начала распространяться под покрытием.

Однако существуют некоторые альтернативные материалы для армирования бетона, которые можно использовать для предотвращения коррозии. Арматура из нержавеющей стали доступна, но довольно дорогая, есть и оцинкованная арматура. Другим вариантом являются материалы, сочетающие полимерную матрицу со встроенными стеклянными, углеродными или базальтовыми волокнами — полимер, армированный волокнами (FRP). Эти материалы не подвержены коррозии, они намного легче стали (примерно на треть веса), не нагреваются на солнце на стройплощадке, прочнее на растяжение в 4,5 раза. А новые стержни имеют песчаную поверхность, поэтому они хорошо сцепляются с бетоном.

Однако арматура из стеклопластика имеет некоторые недостатки. Стекловолоконные стержни в настоящее время стоят на 15-25% дороже, чем аналогичная стальная арматура. Кроме того, есть некоторые вопросы о том, насколько хорошо они ведут себя при пожаре — они плавятся и теряют прочность? И были некоторые опасения по поводу их долгосрочного отклонения или ползучести. Вопросы дизайна привели к более консервативному (и, следовательно, более дорогому) дизайну конструкционных бетонных элементов. Еще одна проблема заключается в том, что стержни нельзя сгибать в полевых условиях, их необходимо заказывать на заводе.

Но для легкого армирования плоских конструкций, где основной целью является предотвращение образования трещин, арматура из стеклопластика вполне конкурентоспособна, даже по себестоимости, а поскольку она намного легче стали, она снижает трудозатраты. А при его высокой прочности требуется меньше армирования. Сегодня несколько компаний производят арматуру из стеклопластика. Owens Corning продвигает свой Pinkbar из стекловолокна, а Neuvokas производит GatorBar в Мичигане. В GatorBar есть стержни как из стекловолокна, так и из базальтоволокна.

Покупатель, будь осторожен. Дуг Гремель из Owens Corning говорит: «Легко срезать углы, используя менее дорогую полиэфирную смолу, которая не будет столь же долговечна в щелочной среде бетона, как стержни, изготовленные из более качественной винилэфирной смолы, которая, как было показано, выдерживает в тестах на ускоренное старение и в реальном времени. Есть много очень недорогих китайских производителей стекловолокна, которые продают его за небольшую часть себестоимости. На мой взгляд, это немного похоже на китайскую проблему с гипсокартоном у некоторых из этих игроков».

Относительно использования углеродного волокна в арматуре из стеклопластика Гремель говорит: «По моему мнению, углеродный пруток все еще остается в экзотическом лагере. Это, безусловно, лучший материал, который используется разумно и надлежащим образом для структурного усиления существующих конструкций. Углеродные стержни FRP, залитые эпоксидной смолой в неглубокие бетонные канавки в покрытии конструкций, как лейкопластырь, придают элементу почти чудесную дополнительную способность к изгибу и сдвигу. Тем не менее, углеродные стержни или предварительно напряженные углеродные арматуры остаются как минимум в 10 раз дороже, чем стержни из стеклопластика и стальной арматуры».

Возможно, лучшим решением для конструкционного бетона, который будет подвергаться обработке противогололедными солями, является оцинкованная горячим способом арматура. Оцинкованные стержни будут противостоять коррозии примерно в четыре раза дольше, чем стержни из углеродистой стали, а надбавка к цене составляет всего около 10%. Оцинкованные прутки легко доступны по всей территории США

Композитные конструкции — SteelConstruction.info

Композитные конструкции преобладают в секторе нежилых многоэтажных зданий. Так было уже более двадцати лет. Его успех обусловлен прочностью и жесткостью, которые могут быть достигнуты при минимальном использовании материалов.

Причина, по которой композитные конструкции зачастую так хороши, может быть выражена одним простым способом: бетон хорош на сжатие, а сталь на растяжение. Благодаря структурному соединению двух материалов эти сильные стороны могут быть использованы для создания высокоэффективной и легкой конструкции. Уменьшенный собственный вес композитных элементов имеет эффект домино, уменьшая силы в тех элементах, которые их поддерживают, включая фундаменты. Композитные системы также предлагают преимущества с точки зрения скорости строительства. Уменьшение глубины пола, которое может быть достигнуто с помощью композитной конструкции, также может обеспечить значительные преимущества с точки зрения стоимости услуг и ограждающих конструкций здания.

Эта статья охватывает композитные балки, композитные плиты, композитные колонны и композитные соединения. В то время как балки и плиты очень распространены в строительстве Великобритании, действительно существует ряд различных основных типов композитных балок, композитных колонн и композитных соединений гораздо меньше. Причины этого рассмотрены ниже.

Трапециевидный настил, установленный на нижних балках

Содержимое

1 Проектирование составных элементов и систем
2 Как и почему работает композитная конструкция
3 Типа составной балки
- 3.1 Нижние балки
- 3.2 Решения для больших пролетов
- 3.3 Решения для неглубоких полов
4 Композитные плиты
5 Составные колонны
6 Композитные соединения
7 Каталожные номера
8 Дальнейшее чтение
9 Ресурсы
10 См. также
11 Внешние ссылки

[наверх]Проектирование композитных элементов и систем

Проектирование композитных балок в Великобритании традиционно выполнялось по BS 5950-3-1 ^[1] . Композитные плиты с профилированным стальным листом были разработаны в соответствии с BS 5950-4 ^[2], а профилированный настил, используемый для этих плит, — в соответствии с BS 5950-6 ^[3]. Не существовало руководства по британским стандартам для композитных колонн. Проектирование композитных балок и композитных плит (для зданий) теперь регулируется BS EN 1994-1-1 9.0087 [4] . BS 5950-6 ^[3] был заменен BS EN 1993-1-3 ^[5]

Дополнительную информацию об относительном статусе структурных Еврокодов и британских стандартов можно найти, перейдя по ссылке здесь.

[наверх]Как и почему работает композитная конструкция

Показано распределение пластических напряжений в типичной балке цоколя, действующей совместно с композитной плитой. Относительные пропорции стального профиля и плиты означают, что, как это обычно бывает, пластическая нейтральная ось лежит внутри бетона. Следовательно, вся сталь находится в напряжении.

Распределение пластических напряжений в композитной балке

Бетон — это материал, хорошо работающий на сжатие, но обладающий незначительным сопротивлением растяжению. Следовательно, в конструкционных целях он традиционно опирается на стальную арматуру, чтобы выдерживать любые растягивающие усилия (эту роль играет стальная часть композитного поперечного сечения, которая фактически является внешней арматурой), или должна быть предварительно напряжена, чтобы даже при воздействии растяжение, элемент находится в чистом сжатии.

Составные элементы перекрытий – краевая балка нижнего цоколя, продольный трапециевидный настил, приварной стержень сквозного настила, кромочная накладка и бетон

Для бетонной части (в пределах так называемой эффективной ширины) поперечного сечения, способного выдерживать сжатие, и стали часть, чтобы нести напряжение, два материала должны быть структурно связаны друг с другом. Для нижних балок это достигается с помощью срезных шпилек с головкой, которые крепятся к верхней полке стальной балки. Это крепление обычно достигается с помощью так называемой сквозной сварки палубы. Профилированный металлический настил, составляющий основу композитных плит, зажат между основанием стойки и верхним фланцем, а процесс сварки соединяет все вместе. Наличие оцинковки на настиле не влияет на качество сварки.

В исключительных случаях сквозную сварку настила можно избежать, используя один пролет настила (который соединяется встык с рядами шпилек, приваренных непосредственно к верхнему фланцу в производственном цехе) или вырезая отверстия в настиле, чтобы его можно было сбросить шпильки приварены цехом.

Доступны другие формы соединения на сдвиг, в том числе шпильки большего диаметра и соединители с дробеструйным обжигом, но для зданий наиболее распространенным вариантом являются шпильки с головкой диаметром 19 мм. Их сопротивление согласно BS EN 1994 ^[4] , при использовании с поперечным настилом меньше сопротивления, указанного в BS 5950-3-1 ^[1] . Кроме того, в стандарте BS EN 1994 ^[4] указано, что на один желоб можно использовать не более двух стоек, если настил проходит поперек оси балки.

Одним из преимуществ сварных шпилек является то, что они считаются пластичными, а это означает, что (при отсутствии каких-либо соображений усталости) соединение на сдвиг может быть спроектировано с использованием принципов пластичности, поскольку предполагается, что сила может перераспределяться между соседними шпильки. Это значительно упрощает процесс проектирования.

Сквозная приварка срезных шпилек
(поперечный повторно входящий настил)

Когда балка спроектирована с полным сдвиговым соединением, это означает, что имеется достаточное количество соединителей, чтобы либо полностью разрушить бетон при сжатии, либо полностью разрушить стальную секцию при натяжение (в зависимости от того, какая сила меньше). Однако может использоваться меньшее количество соединителей, что приводит к так называемому соединению с частичным сдвигом. Это может произойти, если приложенная нагрузка находится на достаточно низком уровне, например, в обычных случаях, когда конструкция балки определяется этапом строительства или соображениями эксплуатационной пригодности. Однако в нормах также указывается определенная минимальная степень соединения, необходимая для предотвращения чрезмерного проскальзывания между сталью и бетоном, что может привести к выходу из строя соединителей.

До внесения поправок в 2010 г. в BS 5950-3-1 ^[1], написанном в 1980-х годах, использовался довольно упрощенный подход к вопросу о минимальной степени соединения при сдвиге. В стандарте BS EN 1994 ^[4] признаются два дополнительных параметра, влияющих на эту минимальную степень, а именно марка стали и эффект асимметрии, когда одна из полок балки больше другой (часто используется меньшая верхняя полка, поскольку бетон несет наибольшую нагрузку). сжатия, но такая асимметрия предъявляет повышенные требования к проскальзывающей способности к сдвиговым шпилькам). Для стали S275 и симметричных профилей пределы в BS EN 1994 ^[4] значительно менее обременительны, чем найденные в BS5950 ^[1] . Для несимметричных балок они значительно более обременительны. Даже в стандарте BS EN 1994 ^[4] не признаются значительные преимущества, когда балка не подпирается во время строительства, как это делается в большинстве случаев. В нем также не учитываются преимущества, которые можно получить, если в балке регулярно расположены большие отверстия в стенке или она только частично используется при изгибе (поскольку соображения SLS определяют дизайн). SCI P405, опубликованный SCI в 2015 году в качестве замены NCCI, произведенного SCI (Pn002a), позволяет ослабить минимальную степень соединения при соблюдении определенных критериев.

Преимущество конструктивного соединения стали и бетона заключается в увеличении сопротивления только стальной балки; обычно это будет примерно в два раза. Жесткость может увеличиться до трех раз. Относительные преимущества уменьшаются с увеличением пролета, поскольку размер стальной балки увеличивается по сравнению с размером плиты.

Стальной каркас с |композитными балками во время строительства
(Изображение предоставлено Structural Metal Decks Ltd.)

Компоненты составной балки такие же, как описано выше, но те же принципы применимы к составным плитам и составным колоннам. В плите используется профилированный стальной настил вместо стального профиля, а усилие передается через выпуклости и определенные аспекты геометрии настила (а не отдельные срезные шпильки).
Композитная колонна может представлять собой стальную трубу с полым сечением, заполненную бетоном, или открытую стальную секцию, залитую бетоном. Усилие передается между двумя материалами за счет трения и, при необходимости, отдельных механических соединителей, в том числе срезных шпилек, которые могут быть прикреплены к встроенной стальной секции.
При всех формах композитной конструкции проектировщику важно не забывать об этапе строительства. Предполагая, что нет временной опоры, стальная часть композитного поперечного сечения должна самостоятельно противостоять собственному весу и другим нагрузкам конструкции, поскольку бетон на этом этапе неэффективен. Мало того, что сопротивление меньше, но могут быть явления нестабильности, которые следует учитывать. При комбинированном воздействии верхняя полка стальной балки удерживается плитой в поперечном направлении, но во время строительства боковое выпучивание при кручении (LTB) может уменьшить эффективное сопротивление — только когда настил проходит поперечно и правильно закреплен, это предотвращает LTB — дальнейшие указания см. доступен в обеих версиях, в SCI P359, а детализация в SCI P300.

[top]Типы составных балок

Ниже рассматриваются три основных типа составных балок. Факторы, относящиеся к конкретному проекту, будут влиять на то, какая система напольного покрытия является наиболее подходящей.

[верх] Нижние балки

Открытые концы сборных элементов, готовые к армированию и бетонированию на месте

Наиболее распространенным типом составной балки является такой, в котором составная плита располагается поверх нижней балки и соединяется с помощью приварных шпилек, работающих на срез. Эта форма конструкции имеет ряд преимуществ — настил выступает в качестве внешнего армирования на этапе сборки, а на этапе строительства — как опалубка и рабочая площадка. Он также может обеспечить боковое ограничение балок во время строительства. Настил поднимается на место в связках, которые затем вручную распределяются по площади пола. Это значительно снижает подъемную силу крана по сравнению с альтернативой на основе сборного железобетона.

Дополнительные рекомендации по практическим аспектам укладки настила можно найти в руководстве по передовой практике SCI P300.

Другим распространенным типом составной балки является тот, в котором, как и в случае традиционного некомпозитного стального каркаса, сборная железобетонная плита располагается поверх верхней полки стальной балки. Эффективный диапазон пролетов для этого типа решения составляет от 6 до 12 м, что делает его конкурентом для ряда вариантов бетонных полов. Особая детализация требуется для соединения на сдвиг, когда используются сборные элементы, чтобы корпус сборных элементов мог быть подвижен как часть сжимающей полки бетона. См. SCI P401 для получения дополнительной информации.

[top]Решения для длинных пролетов

Для удовлетворения потребностей длинных пролетов доступно несколько вариантов идеи нижних балок. Они дают возможность получить более длинные пролеты (20 м и более), чем это возможно при использовании «стандартной» сплошной стенки, катаной балки.

[вверх]Решения для неглубоких полов

Система USFB
(Изображение предоставлено Kloeckner Metals UK Westok)

Неглубокие этажи предлагают ряд преимуществ, таких как минимизация общей высоты здания для заданного количества этажей или максимальное количество этажей для заданная высота здания. Кроме того, получается плоский софит — нет ни одного разрыва, характерного для нижних балок, — что дает полную свободу для распределения услуг под полом. Эти выгоды следует рассматривать в контексте данного проекта, чтобы определить, когда они наиболее уместны.

Низкость полов достигается за счет размещения плит и балок в одной зоне. Это достигается за счет использования асимметричных стальных балок с более широкой нижней полкой, чем верхняя полка, что позволяет плите располагаться на верхней поверхности нижней полки с соответствующей опорой, а не на верхней поверхности верхней полки, как в нижних балках. Плита перекрытия может быть в виде сборной железобетонной плиты или сборной плиты с металлическим настилом (можно использовать как мелкий, так и глубокий настил). Дополнительным преимуществом является то, что некоторые формы конструкции неглубокого перекрытия по своей сути обеспечивают сложное взаимодействие между балками и плитой, тем самым повышая эффективность конструкции.

Доступен ряд решений для неглубоких перекрытий, в том числе Ultra Shallow Floor Beams (USFB) от Kloeckner Metals UK Westok и решения для тонкого перекрытия от ArcelorMittal.

Kloeckner Metals UK Система USFB компании Westok состоит из неглубокой и асимметричной ячеистой балки Westok с арматурой, проходящей через ячейки для крепления плиты к балке. «Подключение составного действия» может быть мобилизовано для USFB, что было продемонстрировано с помощью полномасштабных лабораторных испытаний, для дальнейшего повышения пропускной способности секции. Чтобы мобилизовать «Plug Composite Action», необходимо принять следующую детализацию:

Композитные плиты с металлическим настилом: Бетонная заливка на уровне верхней полки или выше нее
Сборные элементы, как правило: Минимум 50 мм на уровне верхнего фланца или над ним
Пустотные блоки: каждые 2 ^и стержни выламываются, заливаются бетоном и армируются через ячейку
Монолитные монолитные плиты: Бетонная заливка на уровне верхней полки (или выше)

USFB могут экономично перекрывать до 10 м с конструкционной глубиной, которая очень выгодна по сравнению с железобетонными плитами. плоские плиты. Таким образом, они популярны во многих секторах, особенно в образовании, коммерческом и жилом секторе.

[top]Композитные плиты

Композитные плиты состоят из железобетона, залитого поверх профилированного стального настила, выполняющего роль опалубки при строительстве и внешнего армирования на завершающем этапе. Настил может быть многоразовым или трапециевидным, как показано ниже. Трапециевидный настил может иметь глубину более 200 мм, и в этом случае он называется глубоким настилом. Дополнительные арматурные стержни могут быть помещены в желоба настила, особенно для глубокого настила. Иногда они требуются в мелком настиле, когда большие нагрузки сочетаются с высокими периодами огнестойкости.

Повторный вход и трапециевидный настил
Настил с повторным входом
Трапециевидный настил

На рисунке ниже показана геометрия типичного трапециевидного настила толщиной 80 мм. Сталь оцинкована и может иметь различную толщину, хотя обычно она составляет около 1 мм. Поскольку он очень тонкий, необходимы ребра жесткости, чтобы избежать местного коробления, когда он действует как оголенная стальная секция, чтобы выдерживать влажный вес бетона и другие строительные нагрузки. Повторяющийся элемент жесткости, показанный в верхней части настила, не только придает жесткость верхнему поясу, но также может использоваться для поддержки подвесок для относительно легких предметов, подвешенных к потолку. Блокировка достигается за счет выпуклостей (ямочек), которые ввернуты в профиль настила, и за счет улавливания бетона вокруг повторно входящих частей профиля. Стандартных профилей настила не существует, поэтому взаимодействие, достигаемое за счет тиснения и т. д., на каждом настиле отличается. Это определяется испытаниями, проводимыми производителем палубы.

Геометрия типичного трапециевидного настила толщиной 80 мм

Результаты таких испытаний традиционно переводятся в так называемые эмпирические константы m и k, которые определяют характеристики конкретного настила. Стандарт BS EN 1994 ^[4] также включает возможность определения связи при сдвиге на единицу площади плиты (τ), которую затем можно использовать как часть более сложного подхода (значение τ аналогично сопротивлению сдвигу). шпилька). Дизайнеры получают соответствующую информацию (неявно) из программного обеспечения или брошюр, предоставляемых производителями настила.

Профилированный настил часто проектируется так, чтобы он был непрерывным в течение двух пролетов, когда он действует как опалубка. Композитные плиты обычно проектируются так, чтобы они были простыми перекрытиями при комнатной температуре, но непрерывными в условиях пожара. Эта непрерывность достигается благодаря номинальному армированию, которое также выполняет другие функции, такие как контроль над трещинами, которые продолжаются над промежуточными опорами (его влияние, которое считается полезным, игнорируется при расчете при комнатной температуре).

Повторяющийся или трапециевидный настил глубиной от 50 до 60 мм может иметь пролет около 3 м без подпорки, трапециевидные профили глубиной 80 мм могут иметь пролет до примерно 4,5 м без подпорки, а глубокий настил может достигать около 6 м. Общая глубина плит варьируется от 130 мм и выше. Двухчасовая огнестойкость может быть достигнута без необходимости противопожарной защиты стального настила.

В композитных плитах можно формировать проемы, однако это следует планировать и формировать проемы на этапе строительства, а не вырезать бетон. Проемы площадью до 300 мм не требуют дополнительных приспособлений, до 700 мм требуется дополнительное локальное усиление вокруг проема, а проемы свыше 700 мм требуют использования обрезков стали для поддержки проема.

Дополнительные указания по проектированию и детализации композитных плит приведены в SCI P359.и SCI P300 соответственно, противопожарное проектирование в соответствии с Еврокодами обсуждается в SCI P375, также доступны рекомендации по установке металлического настила.

[top]Составные столбцы

Составные столбцы могут иметь различные формы, как показано на рисунке ниже. Как и все композитные элементы, они привлекательны тем, что сочетают относительную прочность как стали, так и бетона. Это может привести к высокому сопротивлению при относительно небольшой площади поперечного сечения, тем самым максимизируя полезную площадь пола. Они также демонстрируют особенно хорошие характеристики в условиях пожара.

Типовые поперечные сечения составных колонн

Правила проектирования составных колонн в несущих каркасах приведены в BS EN 1994-1-1 ^[4] . Это первый раз, когда руководство было дано в кодексе для использования в Великобритании, что может объяснить, почему композитные столбцы до сих пор редко использовались. Правила предусмотрены для композитных двутавровых профилей, полностью или частично закрытых (только заполнение стенками), а также для пустотелых профилей, заполненных бетоном. Показаны типичные поперечные сечения. Композитные колонны, требующие опалубки во время выполнения, как правило, не считаются рентабельными в Великобритании.

Заполненные бетоном полые сжимаемые элементы не нуждаются в опалубке, и они используют материал более эффективно, чем эквивалентные двутавровые сечения. Бетонное заполнение значительно увеличивает сопротивление сжатию голой стальной секции, распределяя нагрузку и предотвращая локальное коробление стали. Выигрыш в огнестойкости может быть не менее ценным, особенно если он позволяет оставить колонну незащищенной или лишь слегка защищенной. Заполняющий бетон удерживает свободную воду, которая в других ситуациях была бы потеряна; его скрытая теплота испарения значительно задерживает повышение температуры.

Можно использовать прямоугольные и круглые полые профили. Преимущество прямоугольных профилей состоит в том, что они имеют плоские поверхности для соединения торцевой пластины между балкой и колонной (с использованием соединений Flowdrill или Hollo-bolt). Обычные ребристые пластины могут использоваться любой формы.

Разработана программа FireSoft для проектирования заполненных бетоном полых профилей в условиях окружающей среды и пожара.

[наверх]Композитные соединения

Хотя существует руководство по проектированию композитных соединений (SCI P213), они очень мало используются в Великобритании (да и в других странах Европы). Теоретически они кажутся привлекательными, поскольку можно использовать армирование плиты, чтобы избежать необходимости добавления к соединению стальной конструкции, например, с дополнительными рядами болтов в расширенной торцевой пластине. Однако трудно добиться правильной детализации составных соединений, поскольку требования к прочности, жесткости и пластичности могут граничить с взаимоисключающими факторами: слишком малое армирование снизит пластичность соединения (способность к вращению) из-за потенциального разрушения арматуры, снижение пластичности из-за разрушения бетона.

В целях преодоления некоторых практических проблем, чтобы можно было более широко использовать привлекательные по своей природе свойства составных соединений, в Европе проводятся исследовательские работы, результатом которых может стать включение конкретных рекомендаций в пересмотренную версию BS EN 1994-1-1 ^[4] запланировано примерно на 2025 год.

[наверх]Артикулы

↑ ^1,0 ^1,1 ^1,2 ^1,3 BS 5950-3-1: 1991+0 StrucA1:20 Дизайн в композитном строительстве. Свод правил проектирования простых и неразрезных составных балок. БСИ
↑ BS 5950-4: 1994 Использование стальных конструкций в строительстве. Свод правил по проектированию композитных плит с профилированными стальными листами. БСИ
↑ ^3.0 ^3.1 BS 5950-6: 1995 Использование металлоконструкций в строительстве. Часть 6. Свод правил по проектированию легких профилированных стальных листов. БСИ
↑ ^4,0 ^4,1 ^4,2 ^4,3 ^4,4 ^4,5 ^4,6 ^4,7 ^{4,8 ^4,6 ^4,7 ^{4,8 ^{0088 BS EN 1994-1-1: Еврокод 2004 4. Проектирование композитных стальных и бетонных конструкций. Общие нормы и правила для построек. БСИ}}}
↑ BS EN 1993-1-3:2006 Еврокод 3. Проектирование стальных конструкций. Основные правила. Дополнительные правила для холодногнутых элементов и листов. БСИ

[наверх]Дополнительная литература

Руководство для проектировщиков стали, 7-е издание. Редакторы Б. Дэвисон и Г. В. Оуэнс. Институт стальных конструкций 2012 г., главы 21, 22 и 23
Джонсон Р. П., Композитные конструкции из стали и бетона, том 1, 2004 г., Blackwell Scientific Press.
Джонсон Р.П., Руководство для дизайнеров по проектированию композитных зданий в соответствии с Еврокодом 4, 2-е издание. ЛЕД.
Нетеркот, Д. Композитная конструкция. Спон Пресс.

[наверх] Ресурсы

SCI P300, Композитные плиты и балки с использованием стального настила: передовой опыт проектирования и строительства, (пересмотренное издание), 2009 г.
SCI P359, Составное проектирование зданий со стальным каркасом, 2011 г.
SCI P213 Соединения в стальных конструкциях: Композитные соединения, 1998
SCI P287, Проектирование композитных балок с использованием сборного железобетона, 2003 г. (обновленная версия этой публикации по Еврокоду, P401, доступна в SCI)
PN002a, NCCI: Измененное ограничение на частичное сдвиговое соединение в балках для зданий SCI
SCI P365, Проектирование стальных зданий: раскосные рамы средней высоты, 2009 г.
SCI P375, Расчет огнестойкости зданий со стальным каркасом, 2012 г.
SCI P401, Расчет составных балок с использованием сборных железобетонных плит в соответствии с Еврокодом 4, доступен в SCI
SCI P405, Правила соединения минимальной степени сдвига для строительства в Великобритании в соответствии с Еврокодом 4, 2015 г.
Инструмент для проектирования пустотелых профилей, заполненных бетоном

[наверх] См. также

Стальные строительные изделия
Свойства материала стали
Напольные системы
Длиннопролетные балки
Коды и стандарты проектирования
Простые соединения
Момент сопротивления соединений
Проектирование противопожарных перекрытий из композитной стали

[вверх]Внешние ссылки

Flowdrill
Hollo-bolt

Что вам нужно знать

Римляне изобрели первую в мире бетонную смесь в 3 веке до н. э., соединив воду, вулканическую пыль, заполнитель и гипс или известь. Два тысячелетия спустя бетон заслужил свое законное место в качестве надежного конструкционного строительного материала.

С другой стороны, открытие стали в качестве строительного материала не так уж и старо — она не использовалась в строительстве до середины 19 века из-за сложного производственного процесса. В 1850-х годах новые методы ускорили производство стали, и она быстро завоевала славу прочного и долговечного строительного материала. В течение следующих 150 лет популярность стали продолжала расти, и теперь она, наряду с бетоном, является одним из наиболее широко используемых конструкционных материалов.

Итак, какой из этих материалов больше подходит для вашего проекта?

Если вы обдумываете, использовать ли бетон или сталь в качестве основного строительного материала для своего проекта, вам необходимо учитывать несколько факторов. Оба являются одинаково достойными конструкционными материалами. Бетон стоит дороже, но, возможно, обеспечивает лучшую общую производительность. Чтобы понять, какой материал лучше подходит для вашего проекта, вы должны знать, как они соотносятся по прочности, долговечности, огнестойкости, экологичности и, конечно же, стоимости.

1. Прочность

Прочность на сжатие — это способность материала выдерживать сдавливающую силу. В здании прочность на сжатие плит, балок, колонн и фундамента позволяет этим элементам выдерживать вертикальные нагрузки здания без повреждений.

Прочность на растяжение — это сопротивление материала разрушению при растяжении. Способность балки противостоять вертикальным нагрузкам является примером прочности на растяжение, поскольку она предотвращает удлинение и растрескивание нижней стороны при воздействии нагрузки сверху.

Разрушение при сдвиге вызвано двумя несогласованными силами, действующими на здание в разных направлениях, и обычно происходит во время землетрясения или сильного ветра. Прочность на сдвиг — это способность материала сопротивляться этому типу разрушения.

Бетон обладает отличной прочностью на сжатие, но очень хрупок и легко разрушается при растяжении. Чтобы компенсировать эту слабость, в него встроены арматурные стержни из материала, устойчивого к растяжению. Эти стержни обычно изготавливаются из стали, хотя также доступны композитные варианты.

В железобетоне общая прочность зависит от прочности бетона на сжатие и прочности стальной арматуры на растяжение. Вертикальные стержни, идущие по длине элемента конструкции, связаны более короткими перпендикулярными стержнями, называемыми хомутами, эти хомуты обеспечивают прочность на сдвиг.

Прочность стали на растяжение является одной из ее самых продаваемых характеристик, но умело спроектированные стальные здания обладают общей прочностью, равной прочности их железобетонных аналогов. Надежная конструкция конструкции является ключом к достижению достаточной прочности стальной конструкции на сжатие, растяжение и сдвиг.

2. Долговечность

Долговечность – это степень, в которой материал может выдерживать воздействие окружающей среды. И железобетон, и сталь могут прослужить долгое время без износа, если они точно настроены на свои параметры.

Надлежащим образом адаптированный железобетон выдерживает циклы замораживания-оттаивания, химикаты, морскую воду, влагу, солнечное излучение и истирание. Поскольку он неорганический, бетон не страдает от атак паразитов. Что еще более важно, он не горит и не плавится.

Но, несмотря на свою высокую прочность, железобетон скрывает в себе потенциальный изъян — ту самую коррозионно-стойкую стальную арматуру, которая делает его прочнее. Ржавеющая арматура теряет связь с окружающим бетоном и образует оксид железа, который расширяется, что приводит к растягивающим напряжениям и возможному износу. Хотя естественная щелочность бетона снижает коррозию арматуры, может потребоваться дополнительная защита железобетона, подвергающегося воздействию морской воды или больших количеств противогололедных солей. Для этой цели хорошо подходит арматура с эпоксидным покрытием, нержавеющая сталь или композитная арматура.

Конструкционная сталь так же подвержена коррозии, как и арматура, и также требует защиты. Краска, порошковое покрытие, расходуемые слои и химические вещества, замедляющие коррозию, — все это методы, которые могут устранить или ограничить коррозионное повреждение конструкционной стали.

3. Огнестойкость

Состав железобетона делает его практически инертным и, следовательно, негорючим, а его низкая скорость теплопередачи препятствует распространению огня между помещениями.

Тем не менее, как бетон, так и стальная арматура могут потерять свою прочность при длительном воздействии высоких температур. В зависимости от типа используемого заполнителя бетон может начать терять свою прочность на сжатие при температуре от 800°F до 1200°F. Исследования показывают, что легкий бетон обладает наилучшей огнестойкостью благодаря своим изоляционным свойствам и меньшей скорости теплопередачи.

Конструкционная сталь менее устойчива к огню, чем железобетон. Он начинает терять свою прочность при температурах выше 550°F и сохраняет только 50% своего предела текучести при комнатной температуре при 1100°F. Различные методы могут замедлить скорость повышения температуры в стальных конструкционных элементах здания. Они могут включать огнестойкие покрытия, барьеры, системы охлаждения, бетонную оболочку и активные меры, такие как спринклеры.

4. Устойчивое развитие

Использование в строительстве бетона и стали обеспечивает экологические преимущества. Около 85% всей стали, используемой в мире, в конечном итоге перерабатывается. Это имеет смысл только с учетом обилия металлолома и легкости процесса переработки. Помимо снижения спроса на вновь добываемые ресурсы, переработка стали потребляет лишь треть энергии, потребляемой при производстве стали.

Бетон также может похвастаться несколькими устойчивыми свойствами. Большая ее часть возникает в относительной близости к строительной площадке, что сокращает количество энергии, необходимой для доставки. После сноса его можно переработать для производства гравия, заполнителя или материалов для мощения для строительства дорог, борьбы с эрозией, ландшафтного дизайна, восстановления океанических рифов и других задач. Незагрязненный бетон можно превратить в заполнитель для новых смесей.

Вторичная переработка бетона имеет множество экологических преимуществ. Он не допускает попадание щебня на свалки, сокращает количество строительных отходов и заменяет гравий и заполнители, которые в противном случае добывались бы и отправлялись.

5. Стоимость

Железобетон является более дорогой альтернативой конструкционной стали. Труд и материалы, необходимые для установки опалубки и арматуры, заливки бетона и обеспечения его надлежащего отверждения, могут составлять значительную часть общих затрат.

При этом цены на бетон относительно стабильны. С 2000 года цены на различные железобетонные изделия неуклонно росли вместе с темпами инфляции, и это важный фактор, который следует учитывать при ценообразовании проектов, планируемых на отдаленную перспективу.

Несмотря на более высокую стоимость, прочность, долговечность и огнестойкость бетона не остаются незамеченными страховщиками. Как правило, страховые компании присваивают бетонным конструкциям более высокие рейтинги безопасности и более низкие премии по своим полисам.

Сталь дешевле бетона и быстрее возводится, но требует больше времени на изготовление. Из-за более низкой огнестойкости страховые взносы на стальные конструкции, как правило, выше.

Цены на сталь общеизвестно изменчивы, и последние два десятилетия рисуют хаотичную картину. После пика в первые месяцы 2008 года они вошли в нисходящую спираль с Великой рецессией. Еще десять лет взлетов и падений, и сталь снова выросла в 2018 году. Сейчас на рынке покупателей они падают, но некоторые эксперты ожидают, что они восстановятся позже в этом году. Такие колебания цен представляют собой серьезную проблему для составления бюджета, и она, вероятно, сохранится, учитывая текущую глобальную экономическую нестабильность.

Design Everest может помочь

Если вы не уверены, сталь или бетон больше подходят для вашего здания, мы можем помочь. Наши инженеры оценят переменные, влияющие на ваш проект, и предложат экономичное решение, адаптированное к вашим дизайнерским замыслам. Позвоните нам по телефону (877) 892-0292 для БЕСПЛАТНОЙ консультации и расчета стоимости.

Исследование механических характеристик высокопрочных сталежелезобетонных композитных коротких колонн при осевой нагрузке

Материалы (Базель). 2022 янв; 15(1): 329.

Опубликовано в Интернете 3 января 2022 г. doi: 10.3390/ma15010329

Дарио Де Доменико, академический редактор

Информация об авторе Примечания к статье Информация об авторских правах и лицензии Отказ от ответственности

At 904 84 Заявление о доступности данных 904 , в существующих стандартах (AISC360-16, EN1994-1-1:2004 и JGJ138-2016) отсутствуют соответствующие положения для сталежелезобетонных (SRC) составных колонн с высокопрочной сталью. Для исследования механических характеристик при осевом сжатии коротких колонн из высокопрочного железобетона (HSSRC) было проведено испытание на осевую нагрузку на 12 коротких композитных колоннах из высокопрочной стали и обычной стали. Исследовано влияние прочности стали, коэффициента стали и формы сечения стали на режимы разрушения, несущую способность и пластичность образцов. После этого экспериментальные данные сравнивались с имеющимися результатами расчетов. Результаты показывают: по сравнению с образцами со сталью Q235 несущая способность образцов со сталью Q460 увеличивается на 7,8–15,3 %, несущая способность образцов со сталью Q69стали 0 увеличивается на 13,2–24,1 %, но коэффициент пластичности увеличивается на 15,2–202,4 %; с увеличением удельного веса стали значительно улучшаются несущая способность и пластичность образцов. Изменение поперечного сечения стали может повлиять на пластичность колонн SRC больше, чем на их несущую способность. Кроме того, результаты расчетов показывают, что существующие стандарты не могут предсказать несущую способность колонн HSSRC. Поэтому был предложен модифицированный метод определения эффективной прочности стали, оснащенной колоннами HSSRC. Результаты моделирования ABAQUS также показали, что добавление стальных волокон может значительно улучшить несущую способность Q69.0 столбцов HSSRC. Результаты исследования служат ориентиром для инженерной практики.
Ключевые слова: высокопрочная сталь , сталежелезобетонная композитная короткая колонна, несущая способность, пластичность, моделирование ABAQUS
При быстром развитии высотных и длиннопролетных зданий обычные строительные материалы не соответствуют требованиям современных зданий. С 1990-х годов все более широко применяются высокопрочные материалы, поскольку их использование в высотных зданиях позволяет уменьшить размер сечения конструктивных элементов и сократить использование строительных материалов при сохранении строительной площади. Поэтому он более экономичен и экологичен. На этом фоне большое внимание уделяется высокопрочным и высокопроизводительным материалам [1,2,3,4]. Высокопрочная сталь обладает отличными механическими характеристиками и может улучшить механические характеристики конструкции. Для механических характеристик высокопрочной стали предложен метод расчета на основе теории функционала плотности с атомарного уровня, который эффективно раскрывает механизм прочности металла и дает ориентиры для промышленного производства [5,6]. В последние годы производство высокопрочной стали увеличивается, а также совершенствуются условия сварки, соответствующие высокопрочной стали, что закладывает прочную основу для широкого применения высокопрочной стали.
Ученые провели обширные исследования применения высокопрочной стали в строительстве. Некоторые из них применяли высокопрочные стальные стержни к обычным железобетонным конструкциям и обнаружили, что высокопрочные стальные стержни могут значительно улучшить несущую способность и пластичность железобетонных колонн [7,8]. По сравнению с высокопрочными стальными стержнями трубы из высокопрочной стали могут лучше удерживать бетон [9,10,11]. Ограниченный бетон может задержать или даже избежать локального коробления стальных труб, чтобы можно было полностью использовать прочность стальных труб [12,13,14]. По сравнению с обычными железобетонными колоннами, стальные железобетонные (SRC) колонны имеют лучшие конструктивные характеристики, что позволяет эффективно уменьшить размер поперечного сечения несущих колонн и увеличить площадь здания. По сравнению со стальными трубчатыми колоннами, заполненными бетоном, колонны SRC могут в полной мере использовать характеристики сжатия высокопрочной стали, а заливка бетона вне стали также может предотвратить коррозию стали и повысить огнестойкость компонентов [15,16]. Поэтому конструкции SRC широко используются в ключевых частях важных зданий [17,18,19].]. Применение высокопрочной стали для колонн SRC направлено на улучшение несущей способности элемента без увеличения или уменьшения площади сечения вертикального элемента [20,21,22].
Однако, как показано в , в ходе исследования ученые [23,24,25,26,27,28,29,30,31,32,33,34,35,36,37,38,39] также что при применении высокопрочной стали к строительным конструкциям существующие стандарты не могут точно предсказать механические характеристики этого типа образцов. Кроме того, подходы к проектированию из стандартов, в том числе AISC360-16 [40], EN1994-1-1: 2004 [41] и JGJ138-2016 [42] основаны на соответствующих результатах исследований обычной стали; следовательно, область применения должна быть проверена.
Таблица 1
Исследовательский статус в разных странах.
Author Strength/MPa Type Number of Specimen Method Main Conclusion
Gu [23] 459–737 HSRC 12 эксперимент
Расчетные значения несущей способности таких образцов, основанные на коде ACI318-14, слишком консервативны.
Ли [24] 437–629 9
Ли [25] 437–629 9
Стержни из высокопрочной стали не поддаются деформации. Предполагается, что при расчете на осевую нагрузку таких образцов прочность стали должна быть 500 МПа.
Мохсен [26] 520–670 39
Модель ACI 318 завышает допустимую нагрузку для 10 колонн из 26 протестированных с номинальным коэффициентом армирования сталью 2%.
Ван [27] 522–906 CFHSST 13 эксперимент
Коды завышают несущую способность трубчатых коротких колонн из высокопрочной стали, заполненных UHPC.
Ду [28] 724–741 10
Отмечено ограничение теории суперпозиций — не учитывается влияние ограничений, что делает результаты расчетов неточными.
Wei [29] 359–1153 15 эксперимент и моделирование
Бетон становится пластичным раньше высокопрочной стальной трубы, разрушение при сдвиге очевидно, а жесткость высокопрочной стальной трубы недостаточна.
Цай [30] 629–1022 34
Клык [31] 760–782 15
Предельные нагрузки, основанные на Еврокоде 4 и подходе Чжу и Чана [32], были завышены на 18–28%.
Ehab [33] 275–690 HSSRC 54 моделирование
Ван [34] 276–774 12 эксперимент
Еврокод 4 и AISC360 слишком консервативны, а JGJ138 неконсервативен при эксцентриситете 0,6.
Лай [35] 590–646 12
EN 1994-1-1 дает неконсервативную оценку кривой прочности взаимодействия N-M колонн CES с высокопрочной сталью S500.
Ли [36] 439–888 8
Коэффициент вклада стали определен как новый параметр для расчета огнестойкости колонн CES, но он не упоминается в нормах.
Li [37] 439–888 5 эксперимент и моделирование
Результат времени огнестойкости колонн CES, основанный на стандарте EN1994-1-2, является неконсервативным, когда приложенная нагрузка на образцы колонн CES превышает предельное значение.
Ян [38] 496–530 2
Расчетные значения, основанные на AISC360, слишком консервативны, что приводит к потерям материала.
Ян [39] 517 1
Открыть в отдельном окне
ВСС представляет собой высокопрочный железобетон; CFHSST представляет собой высокопрочную стальную трубу, заполненную бетоном; ВССБ представляет собой высокопрочный железобетон.
Для исследования влияния прочности стали, отношения стали и формы сечения стали на осевую сжимающую несущую способность композитных коротких колонн HSSRC были испытаны 12 образцов, оснащенных Q235, Q460 и Q690. Основные этапы этого исследования показаны на рис. Экспериментальные результаты сравнивались с результатами расчетов по существующим родственным кодам, чтобы проверить применимость расчетных подходов, и были предложены предложения по проектированию. Наконец, были созданы модели конечных элементов.
Открыть в отдельном окне
Схема основных шагов.
Этот раздел состоит из четырех частей, основные шаги показаны на .
Открыть в отдельном окне
Схема экспериментального исследования.
2.1. Образцы для испытаний
Всего для эксперимента было разработано восемь высокопрочных сварных сталебетонных композитных коротких образцов колонн и четыре обычных сварных сталебетонных сравнительных образца. Параметры изменения содержат класс прочности стали профиля, коэффициент стали и форму сечения стали профиля. показывает детали; пояснение количества экземпляров показано на ; размер сечения и армирование образца показаны на . Высота образцов составляла 600 мм. Учитывая, что высокопрочный бетон обладает высокой хрупкостью и низкой трещиностойкостью, в этом испытании был использован бетон с мелким гравием С50.
Открыть в отдельном окне
Правило маркировки образцов.
Открыть в отдельном окне
Сечение и армирование образцов (размеры представлены в (мм)). ( a ) Образцы со стальным двутавровым профилем. ( b ) Образцы со стальным поперечным сечением.
Таблица 2
Основные параметры образцов.
510515151515151515151515151515151515151515151515151515151515151515151510515151510515105151510515151510515151515152150515151521505151515215051515152150515151521. 5 × 5
Обозначение образца Марка стали Отношение стали к бетону Размеры стали
(B × H × T1 × T2) Распространение стремяков Форма секции стали
A1Q4S3-H (A1) 70 H
A2Q4S5-H(A2) Q460 5.13% 100 × 106 × 8 × 5 70 H
A3Q4S6-H(A3 ) Q460 6,20% 110 × 106 × 8 × 8 70 H
A4Q4S6-+(A4) Q460 6. 20% 50 × 106 × 8 × 5 70 +
A5Q6S3-H(A5) Q690 3.13% 100 × 100 × 5 × 5 70 H
A6Q6S5-H(A6) Q690 5.13% 100 × 106 × 8 × 5 70 Х
A7Q6S6-H(A7) Q690 6. 20% 100 × 106 × 8 × 8 70 H
A8Q6S6-+(A8) Q690 6.20% 50 × 106 × 8 × 5 70 +
A9Q2S3-H(A9) Q235 3.13% 100 × 100 × 5 × 5 70 H
A10Q2S5-H(A10) Q235 5. 13 % 100 × 106 × 8 × 5 70 H
A11Q2S6-H(A11) Q235 6.20% 110 × 106 × 8 × 8 70 H
A12Q2S6-+(A12) Q235 6.20% 50 × 106 × 8 × 5 70 +
Открыто в отдельном окне
для простоты, A _I ( I ~ 1). статьи для представления количества экземпляров.
2.2. Свойства материала
Согласно соответствующему стандарту «Испытание металлических материалов на растяжение» (GB/T 228.1-2010) [43] были испытаны механические свойства профильной стали и стальных стержней, как показано на рис.
Таблица 3
Механические свойства стали.
Марка Предел текучести Предел прочности Коэффициент удлинения
f f
a /
910MP0506
C _v f _u /MPa C _v δ /%
Q235 291. 0 5.4% 453.1 4.3% 32.3%
Q460 469.1 7.9% 557.3 8.3% 25.0%
Q690 735.1 1.1% 822. 3 0.9% 19.2%
HRB400 443.2 4.5% 594.9 3.7% 27.8%
Open in a separate window
C _v represents coefficient of variation.
Согласно соответствующему стандарту «Стандарт на методы испытаний бетонных конструкций» (GB/T 50152-2012) [44] были проверены механические свойства бетона. Девять бетонных кубов (150 мм × 150 мм × 150 мм) выдерживались в тех же условиях, что и образцы, в течение 28 дней, а кубическая прочность на сжатие испытательного бетонного блока составила 55,8 МПа.
2.3. Процесс изготовления образцов
Процессы изготовления образцов показаны на . Стальная секция была образована полной сваркой трех стальных пластин. Как показано в а, до заливки образцов стальной участок крепился к арматурной стальной раме тонкими стальными стержнями на верхнем и нижнем концах. Кроме того, пастовые тензометрические датчики были помещены в местах, которые должны быть измерены. Как показано на b, мы установили опалубку и залили бетон слоями, которые полностью вибрировали в процессе заливки. Как показано на c, после завершения отверждения верхняя поверхность образца была отполирована до плоского состояния. Для предотвращения локального повреждения образца давлением верхний и нижний концы были усилены тканью из углеродного волокна в пределах 200 мм.
Открыть в отдельном окне
Процесс изготовления образцов. ( a ) Закрепите сталь, ( b ) установите опалубку и залейте, ( c ) наклейте ткань из углеродного волокна.
2.4. Установка и процедура испытания
Испытательное нагружение проводилось с помощью испытательной машины с электрогидравлическим сервоприводом (Dongce Testing Machine Technology Co., Ltd., Цзинань, Китай), и нагрузочное устройство показано на рис. Испытание проводилось методом дозированной нагрузки. Перед формальным нагружением для обеспечения нормальной работы испытательного прибора была заранее приложена нагрузка 100 кН. В начале формального испытания нагрузка осуществлялась со скоростью 200 кН/мин до тех пор, пока нагрузка не составляла 40 % расчетной предельной нагрузки, затем скорость нагружения была снижена до 100 кН/мин. Когда нагрузка достигла 80% расчетной предельной несущей способности, метод нагрузки был переключен на управление перемещением, а скорость нагрузки составила 0,2 мм/мин. После нагружения до пиковой нагрузки испытание заканчивали, когда несущая способность падала до ~75% от предельной нагрузки. Для облегчения контроля составляющих сил на поверхность сечения стали, стальных стержней и бетона были наклеены тензометрические датчики, а точки измерения показаны на рис. Вертикальное смещение образца фиксировалось измерителем перемещений в нагружающем устройстве.
Открыть в отдельном окне
Настройка теста. ( a ) Схема тестового устройства. ( b ) Схема устройства.
Открыть в отдельном окне
Схема измерительного прибора. ( a ) Образцы со стальным двутавровым сечением. ( b ) Образцы со стальным поперечным сечением. ( c ) Армирующий каркас, ( d ) Бетон.
3.1. Явление разрушения
Из-за различных конструктивных параметров образцов явления разрушения во время процесса напряжения были разными. Явление отказа каждого образца описывается в соответствии с состоянием текучести и тенденцией изменения несущей способности стального профиля.
Виды разрушения образцов, изготовленных из стали Q460 (A1~A4) и Q235 (A9~A12), аналогичны, а характеристики разрушения следующие.
показывает типичные характеристики разрушения образца. На начальном этапе нагружения образец находился в линейно-упругом состоянии, на поверхности бетона не возникали трещины. Как показано на рис. а, когда нагрузка увеличилась до 0,8~0,9 Н _u ( Н _u предельная несущая способность образца), со стороны верхнего конца колонны появились микротрещины. ; по мере того, как нагрузка продолжала увеличиваться, трещины продолжали распространяться вниз, а продольные стержни и профильная сталь последовательно поддавались. Когда образец, оснащенный сталью Q235, находился в сжатом состоянии, стальной профиль поддавался раньше, чем продольная арматура. Когда класс прочности стального профиля был Q460, продольная арматура композитной короткой колонны уступила перед стальным профилем. Когда образец достиг предельной несущей способности N _u длина и ширина трещины развивались быстро. Как показано на б, защитный слой бетона в средней части образца треснул и отвалился. С увеличением нагрузки по мере разрушения бетона на средней кромке образца защитный слой непрерывно отваливался, несущая способность образца быстро снижалась, а продольная арматура выпирала наружу. Одновременно поддалось стремя; как показано на c, бетон защитного слоя был отделен от бетона в зоне удержания хомутов. Затем скорость снижения несущей способности замедлялась, пока не достигла 75% от предельной несущей способности. После завершения испытания сломанный бетон с поверхности образцов был удален, и можно заметить, что бетон в стесненной зоне не показал явного разрушения.
Открыть в отдельном окне
Типичные виды отказов на каждом этапе A9. ( a ) Микротрещины, ( b ) предельная нагрузка, ( c ) удаление бетонного покрытия.
По сравнению с A1~A4 и A9~A12 трещины образцов A5 и A6 (оснащенных 3,63% и 5,13% стали Q690 соответственно) появились позже, и процесс разрушения имеет следующие характеристики.
Когда образцы A5 и A6 достигли предельной несущей способности N _u, на поверхности колонны быстро появились множественные вертикальные трещины, которые непрерывно развивались с увеличением вертикального смещения. В это время продольные стержни поддались, но профильная сталь не достигла податливого состояния. Когда несущая способность упала примерно до 85% от пиковой нагрузки, несущая способность уменьшилась медленно. Когда несущая способность упала до ~85% пиковой нагрузки, несущая способность снизилась медленно. Вертикальное смещение образца при разрушении увеличивалось за счет повышения уровня прочности стали профиля, а степень повреждения усиливалась. и показать характеристики морфологии разрушения различных образцов. По сравнению с образцами A1~A4 и A9~ A12, конкретная степень растрескивания и окончательная степень дробления в средней части образцов A5 и A6 были более серьезными.
Открыть в отдельном окне
Сравнение степени растрескивания бетона. ( а ) А9, ( б ) А5, ( в ) А7.
Открыть в отдельном окне
Режимы дробления образцов бетона. ( а ) А9, ( б ) А5, ( в ) А7.
Образцы A7 и A8, оснащенные Q690 сталь и соотношение стали 6,20% были нагружены до предельной нагрузки, а затем медленно упали до 0,85 N _u . В это время защитный слой бетона отпал, кривая нагрузки-перемещения достигла точки перегиба, несущая способность образца перестала снижаться, и произошло явление медленного вторичного подъема. В ходе этого процесса сталь Q690 деформировалась, и поверхность образца была серьезно повреждена. Когда вертикальное смещение достигало 20~23 мм, сопровождавшееся громким шумом, образец терял всю несущую способность, и испытание прекращалось. После удаления разбитого бетона на поверхности было обнаружено, что продольные стержни выгнулись наружу, а стремена сломались.
3.2. Кривая нагрузки-перемещения
Из-за различных конструктивных параметров образцов явления разрушения во время процесса напряжения были разными. Явление отказа каждого образца описывается в соответствии с состоянием текучести и тенденцией изменения несущей способности стального профиля.
а показывает кривую нагрузки-перемещения типа I. Образцы, соответствующие характеристикам этого типа кривой, представляют собой A1~A6 и A9~A12. Стадия ОА – стадия упругой деформации, при которой образцы имеют линейную деформацию. На стадии АВ поперечная деформация каждой детали постепенно увеличивается, а скрепляющее воздействие стали сечения и хомутов на бетон в стесненной зоне продолжает нарастать до тех пор, пока образец не войдет в полнопрофильное пластическое состояние и не достигнет предельной несущей способности. . Поскольку бетон защитного слоя не закреплен, деформационная способность образцов на стадии ВС относительно слабая. На этом этапе он трескается и отваливается, а несущая способность образца быстро снижается до тех пор, пока образец не трансформируется из общей осевой силы в стесненную область стали и хомутов. Бетон воспринимает осевую силу. На этапе CD нагрузка в основном ложится на бетон внутри зоны удержания стальной секции и хомутов. Бетон в стесненной зоне хомутов совместно удерживается хомутами и стальными профилями, его деформационная способность улучшается, его прочность снижается медленно, и он может продолжать нести нагрузку, поэтому скорость снижения несущей способности образца равна замедлился.
Открыть в отдельном окне
Два идеальных образца N -Δ кривые. ( a ) Ideal N -Δ кривая — класс Ⅰ. ( b ) Идеал N -Δ кривая — класс Ⅱ.
Как показано на b, кривые нагрузки-перемещения образцов A7 и A8 (оснащенных 6,20% стали Q690 в Н-образном и поперечном сечении) показали вторичное увеличение. Это явление соответствует характеристикам кривой нагрузки-перемещения типа Ⅱ. На этапе КД защитный слой бетона полностью разрушился, но прочность бетона в зоне удержания хомутов снижается медленно. По мере того, как секционная сталь достигает состояния текучести и вступает в стадию упрочнения, общая несущая способность образца достигает самой низкой точки С опускающейся секции, смещение продолжает увеличиваться, встроенная секционная сталь поддается и начинает укрепляться. под действием осевого давления, и нагрузка меняется с падающей на возрастающую. На стадии DE, когда смещение увеличивается до определенной степени, кривая класса II ломается из-за податливости хомута, а бетон в зоне удержания хомута разрыхляется и внезапное смятие приводит к потере несущей способности образец. и покажите кривые нагрузки-перемещения образцов с различными марками стали, соотношениями стали и формами сечения стали.
Открыть в отдельном окне
Влияние класса прочности и содержания стали на кривые нагрузка-перемещение.
Открыть в отдельном окне
Влияние формы сечения стали на кривые нагрузка-перемещение.
3.3. Предельная несущая способность
Предельная несущая способность образца показана на . По сравнению с образцами, оснащенными сталью Q235, при использовании стали марок Q460 и Q690 максимальное увеличение несущей способности образцов составило 15,3 % и 190,0% соответственно. По сравнению с образцами, оснащенными сталью Q460, несущая способность образцов, оснащенных сталью Q690, немного увеличилась, потому что предел текучести стали Q690 был намного больше, чем пиковая деформация сжатия бетона, поэтому сталь Q690 не могла деформироваться при образцы достигли предела несущей способности; поэтому характеристики материала высокопрочной стали не были использованы полностью. Для образцов с закладной сталью того же класса прочности по сравнению с образцами с коэффициентом стали 5,13 % наибольшие приросты несущей способности образцов с коэффициентом стали 6,20 % составили 13,6 % и 18,8 %. Скорость роста была относительно большой.
Таблица 4
Сравнение результатов испытаний с результатами расчета расчетных кодов.
Specimens Test Results Simulation Results Calculation Results
Bearing CapacityN _u /kN Bearing CapacityN _a /kN Simulation Error AISC360-16 EN1994-1-1:2004 JGJ138-2016
N _u ^ca /kN Error Rate N _u ^cc /kN Error Rate N _u ^cj /kN Error Rate
Single Average Single Average Single Average
A1Q4S3-H 2514. 0 2457.3 −2.3% 2241.9 12.1% 9.1% 2307.8 8.9% 6.15% 2141.2 17.4% 14.9%
A2Q4S5-H 2845.6 2787. 9 −2.0% 2581.2 10.2% 2654.5 7.2% 2452.2 16.0%
A3Q4S6-H 2987.5 3032.5 1.5% 2807.7 6.4% 2884. 7 3.6% 2658.6 12.4%
A4Q4S6-+ 2961.2 3010.4 1.7% 2753.9 7.5% 2822.7 4.9% 2602.8 13.8%
A5Q6S3-H 2585. 6 2635.3 1.9% 2651.6 −2.5% −5.8% 2744.6 −5.8% −8.9% 2534.2 2.0% −0.93%
A6Q6S5-H 2938.5 2988. 1 1.7% 3055.4 −3.8% 3159.0 −7.0% 2906.2 1.1%
A7Q6S6-H 3067.7 2976.7 −3.0% 3346.5 −8.3% 3456. 8 −11.3% 3173.5 −3.3%
A8Q6S6-+ 3060.6 3126.5 2.2% 3352.4 −8.7% 3455.3 −11.4% 3172.2 −3.5%
A9Q2S3-H 2332. 9 2327.2 −0.2% 2025.5 15.2% 12.8% 2079.0 12.2% 10.2% 1935.2 20.5% 18.73%
A10Q2S5-H 2468.9 2407. 1 −2.5% 2212.5 11.6% 2266.1 9.0% 2102.6 17.4%
A11Q2S6-H 2601.0 2559.9 −1.6% 2339.8 11.2% 2392. 9 8.7% 2216.0 17.4%
A12Q2S6-+ 2623.3 2546.3 −2.9% 2318.8 13.1% 2367.3 10.8% 2193.0 19,6%
Открыть в отдельном окне
Ошибка моделирования = N _A /N _U — 1,1005. _u ^c * − 1 . N _u ^ca , N _u ^cc , N _u ^cj представляют результаты расчетов по стандартам США, Европы и Китая соответственно. Детали метода моделирования и проверки моделирования показаны в разделе 5.9.0007
3.4. Коэффициент пластичности
Для количественного анализа осевой пластичности образцов теперь введен коэффициент пластичности μ [45,46], как показано в уравнении (1).
μ=Eu/Ey
(1)
где E _u — энергия, рассеиваемая в конечной точке; E _y — энергия, рассеиваемая в пределе текучести, как показано на рис. В данном исследовании за предельную точку принимали падение несущей способности до 85% от N _и . Поскольку кривые N -Δ A7 и A8 не могут опуститься до 85% от N _u и произошло явление вторичного подъема, предельные точки A7 и A8 были определены с точки зрения деформации. Поэтому в качестве предельной точки была выбрана точка с трехкратной деформацией пиковой нагрузки. Пределы текучести образцов определяли методом энергетической эквивалентности. Результаты расчета показаны на , а сравнение пластичности каждого образца показано на .
Открыть в отдельном окне
Расчетная диаграмма коэффициента пластичности.
Открыть в отдельном окне
Сравнение пластичности всех образцов.
Таблица 5
Нагрузки и перемещения характерных точек.
. 0522
Образцы Δ _y /мм Е
_y Δ _u /мм Е
_у мк
A1Q4S3-H 3. 70 4660.9 4.85 7415.84 1.59
A2Q4S5-H 3.89 5230.2 5.96 10,790.8 2.06
A3Q4S6-H 4.15 6115.6 8,35 17,757,3 2,90
A4Q4S6-+
A4Q4S6-+
A4Q4S6-+
A40Q4S6-+
A40Q4S6-+
34,940.8 5.67
A5Q6S3-H 3.76 5138.5 6.48 11,783.1 2.29
A6Q6S5-H 3.97 5869.2 8.53 18,357.5 3. 13
A7Q6S6-H 4.16 6539.6 14.37 41,312.8 6.32
A8Q6S6-+ 4.18 6637.4 13.83 44,051.8 6.64
A9Q2S3-H 3. 42 4017.9 3.83 4936.8 1.23
A10Q2S5-H 3.58 4422.0 4.88 7526.1 1.70
A11Q2S6-H 3.84 5009.8 5. 51 9190.1 1.83
A12Q2S6-+ 3.82 5144,2 6,81 12 382,4. 2.41
Открыть в отдельном окне
Где Δ _y — перемещение, соответствующее пределу текучести, Δ _u — перемещение, соответствующее предельной точке.
Сравнивая результаты расчета коэффициента пластичности различных образцов, можно обнаружить, что увеличение марки стали и соотношения сталей оказало очевидное влияние на коэффициент пластичности образцов. Когда отношение стали было выше, увеличение класса прочности оказало значительное влияние на коэффициент пластичности образцов. Когда профильная сталь имела более высокую прочность, увеличение удельного веса стали оказывало значительное влияние на коэффициент пластичности. Когда соотношение стали составляло 6,20%, по сравнению с образцами, оснащенными сталью Q235, коэффициенты пластичности образцов, оснащенных Q460 и Q690 увеличились на 58,5% и 245,4% соответственно. При марке стали Q690 по сравнению с образцом с коэффициентом стали 3,63 % коэффициенты пластичности образцов, снабженных коэффициентом стали 5,13 % и 6,20 %, увеличились на 36,7 % и 176,0 % соответственно.
При изменении формы стали с двутаврового сечения на поперечное, коэффициент пластичности образца из стали Q235 увеличился на 31,20%, коэффициент пластичности образца из стали Q460 увеличился на 95,20 %, а коэффициент пластичности образца, оснащенного сталью Q690, увеличился на 5,1 %. Когда марка стали была Q235, разница смещения между двумя различными образцами поперечного сечения была небольшой, когда несущая способность образца была уменьшена примерно до 85%, поэтому коэффициент пластичности существенно не изменился. Однако можно заметить, что когда несущая способность была снижена примерно до 75% N _u , смещение образца, оснащенного сталью поперечного сечения, было намного больше, чем у образца, оснащенного сталью двутаврового сечения. . Когда марка стали была Q460, сталь поперечного сечения полностью оказывала ограничивающее действие на бетон, когда элемент был нагружен, и коэффициент пластичности значительно увеличивался. Когда марка стали была Q690, пластичность образцов, оснащенных двутавровой и поперечной сталью, была очень высокой. По сравнению с образцом, оснащенным сталью двутаврового сечения, второй этап кривых нагрузки-перемещения образцов, оснащенных сталью поперечного сечения, показал, что остаточная несущая способность была выше, а предельное смещение образца было больше.
Американский код AISC360-16, европейский код EN1994-1-1:2004 и китайский код JGJ138-2016 предлагают формулы для расчета осевой несущей способности колонн SRC, но ни одна из них не дает формулы расчета для SRC. колонна из высокопрочной стали. В сочетании с результатами испытаний была проверена применимость вышеупомянутых формул для расчета осевой несущей способности на сжатие спецификаций для высокопрочной колонны SRC.
4.1. Метод расчета текущих спецификаций
Американский «Кодекс проектирования зданий со стальными конструкциями» (AISC360-16) принимает метод, эквивалентный сечению стали внешней железобетонной части, и рассчитывает в соответствии с методом расчета стальной конструкции. Формула расчета осевого сжатия:
Pn={Pn0(0,658Pn0Pe)Pn0Pe≤2,250,877PePn0Pe>2,25
(2)
Pn0=FyAs+FysrAsr+0,85fc0′Ac
7 300027
2 Pe=π2(EIeff)/Lc2
(4)
где A _s , A _sr , A _c представляют площадь поперечного сечения стали, стального стержня и бетона соответственно; F _y , F _ysr , f _c ′ представляют собой прочность на сжатие профильной стали, стального стержня и бетона соответственно; EI _eff представляет эффективную жесткость сечения; L _c представляет собой эффективную длину элемента.
Для двуосно-симметричных сталебетонных композитных колонн формула расчета осевой несущей способности на сжатие согласно европейским «Кодексам проектирования стальных и бетонных композитных конструкций» (EN1994-1-1:2004) выглядит следующим образом:
NEd ≤χNpl,Rd
(5)
Npl,Rd=Aafyd+0,85Acfcd+Asfsd
(6)
где, А _а , А _в , A _s представляют площадь поперечного сечения сечения стали, бетона и арматуры соответственно; f _yd , f _cd , f _sd представляют прочность на сжатие стального профиля, бетона и арматуры соответственно; χ представляет собой коэффициент уменьшения потери устойчивости с учетом коэффициента относительной гибкости, подтвержденный в соответствии с Европейскими нормами проектирования стальных конструкций (EN 19).93-1-1:2005) [47].
Формула расчета осевой несущей способности сталебетонных композитных колонн из «Кодекса проектирования композитных конструкций» (JGJ 138-2016):
N≤0,9φ(fcAc+fy′As′+fa′ Аа’)
(7)
где f _c , f _y ′, f _a ′ представляют расчетное значение прочности на сжатие бетона, стального стержня и стального профиля соответственно; А _c, A _s ′, A _a ′ представляют площадь поперечного сечения бетона, стального стержня и стального профиля соответственно; φ представляет собой коэффициент устойчивости к осевому сжатию, который можно получить в соответствии со справочной таблицей коэффициента гибкости.
4.2. Сравнение результатов испытаний и результатов расчетов
Как показано на , при постоянном содержании стали по мере увеличения класса прочности профильной стали с Q235 до Q460 несущая способность образцов значительно улучшается. Основываясь на различных спецификациях, результаты расчетов намного меньше, чем результаты испытаний, нормы всех стран являются консервативными, а тенденция изменения расчетного значения несущей способности соответствует значению испытания. Результаты расчетов европейского стандарта наиболее близки к результатам испытаний, а результаты расчетов китайского стандарта наиболее консервативны. При применении существующих стандартных методов расчета осевой несущей способности Q69 на сжатие0 высокопрочных сталебетонных композитных образцов результаты расчета не могут точно предсказать несущую способность колонн, потому что по сравнению со сталью Q235 и Q460 предел текучести стали Q690 намного больше. Из-за ограничения способности бетона к деформации при сжатии образцы достигают предельной несущей способности при разрушении бетона, но сталь Q690 еще не поддалась деформации, поэтому прочность не была полностью развита. Если предел текучести Q69Сталь сечения 0 по-прежнему используется для расчета несущей способности на основе теории суперпозиции прочности, вклад высокопрочной стали сечения в несущую способность осевой нагрузки будет переоценен, что приведет к небезопасным результатам расчета. Поэтому нецелесообразно напрямую использовать существующий метод расчета для расчета несущей способности высокопрочных сталебетонных композитных образцов колонн Q690.
Открыть в отдельном окне
Влияние марки стали на несущую способность образцов. ( a ) Соотношение стали 3,63%, ( b ) Соотношение стали 5,13%, ( c ) Соотношение стали 6,20%.
Как показано в , когда класс прочности профильной стали постоянен, по мере увеличения содержания стали с 3,63% до 5,13% и 6,20% несущая способность образца значительно увеличивается, и результаты испытаний и результаты стандартных расчетов имеют ту же тенденцию изменения.
Открыть в отдельном окне
Влияние соотношения стали на несущую способность образцов. ( a ) Сталь марки Q235, ( b ) Сталь марки Q460, ( c ) Сталь марки Q690.
4.3. Предложение по дизайну
Согласно приведенным выше результатам испытаний и теоретическому анализу, сталь Q690 может значительно улучшить остаточную несущую способность и деформационную способность образцов. Однако, поскольку образцы достигают предельной несущей способности, а высокопрочная профильная сталь не поддается деформации, нецелесообразно использовать существующие формулы расчета несущей способности при проектировании элементов этого типа. Всесторонний учет снижения прочности защитного слоя бетона и повышения прочностных и деформационных характеристик бетона в зоне удержания хомутов, если не принимаются меры по обеспечению деформационной способности бетона при сжатии, при расчете осевой сжимающей способности высокопрочных сталежелезобетонных составных коротких колонн, прочность профильной стали следует принимать из ее эффективной прочности на сжатие:
feff=Esεseq
(8)
где E s — модуль упругости профильной стали, как показано на рис. В соответствии с весом бетона без ограничений и бетона в стесненной зоне в бетоне полного сечения была рассчитана эквивалентная кривая напряжения-деформации бетона полного сечения, как показано на а. Величина деформации, соответствующая ее пиковой точке, представляет собой эквивалентную пиковую деформацию бетона полного сечения ε _eq , принимая значение деформации ε _eq на кривой напряжения-деформации высокопрочного стального профиля, поскольку соответствующее напряжение представляет собой эффективную прочность на сжатие f _eff, обеспечиваемую высокопрочным стальным профилем, как показано в b. Влияние этого метода на результаты расчета несущей способности показано на рис.
Открыть в отдельном окне
Открыть в отдельном окне
Определение эффективной прочности на сжатие высокопрочной стали. ( a ) Эквивалентная пиковая деформация бетона полного сечения. ( b ) Эффективная прочность на сжатие высокопрочной стали.
Открыть в отдельном окне
Влияние предела прочности стали на результаты расчета. N _c и N _t представляют собой результаты расчета несущей способности и испытательной несущей способности. Цвет (красный, синий и желтый) используется для обозначения различных стандартов. Формы (сплошные круги и полые квадраты), используемые для различения значений прочности стали.
5.1. Создание модели
В процессе разрушения образцов, изготовленных из стали Q690, прочность стали на сжатие не используется полностью, что приводит к недостаточной общей несущей способности образца. Когда сталь достигает значения предела текучести, бетон защитного слоя сильно растрескивается или даже отваливается, что серьезно влияет на применимость конструкции. Для удовлетворения требований инженерного применения необходимо предложить меры по улучшению деформационной способности бетона компонента. Чтобы решить эту проблему, стальной фибробетон может применяться для высокопрочных колонн SRC.
Исследования показали, что введение стальной фибры может эффективно улучшить деформируемость бетона [48,49]. Численный анализ репрезентативных образцов A3, A4, A7 и A8 в тесте был проведен с помощью программного обеспечения для анализа методом конечных элементов ABAQUS. Основываясь на исследовании [50], предлагаемый аутсорсинговый метод гексаэдра использует скрипты Python для вставки случайно распределенных стальных волокон внутрь образца. Путем сравнения характеристик напряжения образца до и после введения стальной фибры было проанализировано влияние включения стальной фибры на несущую способность и силовое поведение образца.
В модели шестигранный редуцированный интегральный элемент C3D8R был выбран для типа элемента из бетона и стального профиля, а трехмерный элемент фермы T3D2 был выбран для типа арматуры и элемента из стального волокна. Трение было определено на границе между бетоном и сталью, чтобы учесть связь. Сетка модели была разделена с соотношением размеров, предложенным Ehobody et al. [51]. После анализа сходимости мы выбрали схему разделения сетки, как показано на рисунке, и наложили ограничения на основе фактического нагрузочного устройства.
Открыть в отдельном окне
Конечно-элементные модели и план построения сетки. ( a ) Оснащен стальной моделью поперечного сечения. ( b ) Модель с двутавровым сечением. ( c ) Модель стального волокна.
5.2. Определение свойств материала
Способность бетона к сжатию и деформации может быть значительно улучшена за счет поперечного ограничения. Ученые предложили множество определяющих кривых бетона под стеснением. Среди них определяющая связь сдержанного бетона, предложенная Mander et al. [52] учитывали такие факторы, как соотношение хомутов, прочность хомутов, форма хомутов и прочность бетона на сжатие; выражение выглядит следующим образом:
σ=fccxrr−1+xr
(9)
где σ — напряжение в бетоне; f _cc – прочность бетона на сжатие с учетом бокового ограничивающего эффекта; x = ε / ε _{куб. см} ; ε is the concrete strain E _sec = f _cc / ε _cc , f _cc = kf _c0 , ε _cc = [1 + 5( k − 1)] ε _c0 , E _c , E _{sec модуль упругости бетона и секанс}; f _c ₀ — прочность бетона на осевое сжатие; k — коэффициент повышения прочности стесненного бетона.
Для бетона без ограничений, k = 0; для бетона в области, ограниченной стременами, Мандер дает метод расчета следующим образом:
k=−1,254+2,2541+7,94fl′fc0−2fl′fc0
(10)
где f _c ₀ — прочность бетона на осевое сжатие, а f _l ′ — эффективное поперечное ограничивающее напряжение [53] для бетона в зоне эффективного удержания стального профиля и хомутов. В сочетании с методом расчета эффективного ограничивающего напряжения стального профиля, предложенным Zhao et al. [54] и теория линейной суперпозиции зон ограничения суставов, предложенная Feng et al. [55], трехосная фигура, предложенная Мандером, может быть использована для определения коэффициента улучшения прочности k, как показано на рис.
Открыть в отдельном окне
Трехосная диаграмма коэффициента повышения прочности монолитного бетона.
Характеристики материалов профильной стали и арматурной стали основаны на идеальной упругопластической конститутивной модели, а индекс механических характеристик был принят в соответствии с результатами испытаний свойств материала. Как показано на рисунке, в сочетании с соответствующими исследованиями и проектными спецификациями были определены параметры моделирования стальной фибры.
Таблица 6
Параметры моделирования стальной фибры.
Type f _sf /MPa ρ _f /% d _f /mm l _f /mm l _f / d _f
Flat 400 1. 0 0.8 60 75
Открыть в отдельном окон , соответственно.
5.3. Результат анализа
Как показано на , структура повреждений, полученная при моделировании, хорошо согласуется с результатами испытаний. показаны результаты испытаний типичных образцов и кривые нагрузки-перемещения результатов моделирования до и после добавления в бетон стальной фибры. Кривая моделирования без стальной фибры хорошо согласовывалась с кривой результатов испытаний, что указывает на то, что модель может точно моделировать и анализировать процесс напряжения для этого типа образца; армирование волокнами мало повлияло на предельную несущую способность образцов, оснащенных сталью Q460. Тем не менее, это может значительно повысить предельную несущую способность образцов, оснащенных Q69. 0 стали, чтобы сила могла быть полностью проявлена. По сравнению с результатами моделирования образцов без стальной фибры результаты моделирования со стальной фиброй несущей способности образцов A7 и A8 увеличились на 15,5% и 13,9%, соответственно.
Открыть в отдельном окне
Сравнение смоделированных режимов отказа и результатов испытаний. ( a ) Смоделированный режим отказа, ( b ) результат проверки.
Открыть в отдельном окне
Открыть в отдельном окне
Сравнение кривых нагрузки-перемещения двух результатов моделирования с результатами испытаний. ( а )А3, ( б ) А4, ( в ) А7, ( д ) А8.
Как показано на рисунке , в процессе сжатия бетона стальные волокна, распределенные по поперечному сечению образца в месте, где напряжение в бетоне относительно велико, вызывали очевидную деформацию растяжения. Как показано на , сравнивая и анализируя диаграмму облака напряжений стального профиля, можно заметить, что после армирования бетона стальной фиброй, когда образец достигает предельной несущей способности, Q690 сталь достигает состояния текучести, которое может полностью раскрыть прочность материала. Пассивное сдерживание обеспечивает эффект бокового сдерживания бетона, который может повысить деформируемость бетона полного сечения, чтобы он соответствовал высокопрочной стали Q690.
Открыть в отдельном окне
Результаты моделирования деформации стальной фибры.
Открыть в отдельном окне
Влияние армирования стальным волокном на напряжение стали Q690. ( а ) Без стального волокна, ( b ) с добавлением стального волокна.
В настоящее время ученые проводят исследования деформационных характеристик сталефибробетона [56,57,58,59,60]. На основании анализа результатов испытаний выдвинуты условия применения высокопрочной стали к колоннам СРК: f _cc ≥ f _y / E _s . Чтобы выполнить это условие, пиковую деформацию бетона можно увеличить, добавив стальную фибру, чтобы она была не меньше, чем деформация текучести секционированной стали, чтобы гарантировать, что механические характеристики высокопрочной секционированной стали могут быть полностью задействованы.
В этой статье были проведены испытания на осевую нагрузку, теоретический анализ и моделирование ABAQUS восьми колонн HSSRC, оснащенных сталью Q460 и Q690, и четырех колонн SRC, оснащенных сталью Q235. Выводы следующие:
(1)
Для образцов с одинаковым соотношением стали, несущая способность и пластичность колонн SRC увеличиваются с увеличением прочности стали. По сравнению с образцами из стали Q235 несущая способность и пластичность образцов из стали Q460 увеличились на 7,8–15,3 %, 21,2–135,3 % соответственно; несущая способность и пластичность образцов, оснащенных Q690 увеличились на 13,2–24,1 %, 84,1–245,4 % соответственно.
(2)
Для образцов с одинаковым классом прочности несущая способность и пластичность колонн SRC могут быть значительно улучшены за счет увеличения коэффициента стали. По сравнению с образцами, оснащенными сталью 3,63 %, несущая способность и пластичность образцов, оснащенных сталью 5,13 %, увеличились на 5,8–13,6 %, 29,6–38,2 % соответственно; несущая способность и пластичность образцов, оснащенных коэффициентом стали 6,20 %, увеличились на 11,5–18,6 %, 48,8–176,0 % соответственно.
(3)
Для образцов с одинаковым соотношением стали, при преобразовании формы стального сечения из двутаврового сечения в поперечное, с точки зрения несущей способности несущая способность колонн SRC не изменилась существенно; по пластичности при марке стали Q460 пластичность образца, снабженного поперечным сечением стали, была на 95,2 % выше, чем пластичность образца, оснащенного Н-образным сечением. Когда марка стали была Q690, пластичность образцов, оснащенных двутавровой и поперечной сталью, была очень высокой.
(4)
При сравнении результатов испытаний с результатами расчетов существующего подхода установлено, что существующий подход расчета позволяет точно рассчитать осевую несущую способность колонн SRC, оснащенных сталью Q460, но не может рассчитать осевую несущую способность колонн SRC, оснащенных сталью Q690. Поэтому предлагается метод определения эффективной прочности на сжатие высокопрочной стали в колоннах SRC. Результаты показывают, что этот метод может точно рассчитать осевую несущую способность колонн HSSRC и применить результаты расчета к инженерным приложениям.
(5)
Результаты моделирования показывают, что несущая способность колонн из ВССБ с добавлением стальной фибры выше, чем у колонн из ВССБ без стальной фибры. Поэтому в колонны HSSRC предлагается включать стальные волокна.
В этой статье было проведено испытание на осевую нагрузку коротких колонн HSSRC, и выводы были получены путем объединения теоретических анализов. Однако у исследования все еще есть ограничения:
(1)
Параметрами, изучаемыми в этой статье, были влияние марки стали, соотношения стали и формы сечения стали. Впоследствии для испытания могут быть добавлены такие параметры, как коэффициент гибкости, форма хомута и прочность бетона.
(2)
На основе теоретического анализа в этой статье предлагается улучшить характеристики деформации бетона с помощью стальных волокон, чтобы в полной мере использовать характеристики сжатия высокопрочной стали, что подтверждается моделированием ABAQUS. Вывод можно проверить опытным путем.
Дж.В. предложил тему этого исследования, разработал этот тест, рассчитал результаты по кодам и проанализировал данные; Х.В. выполнил имитационные расчеты, предложил модифицированный метод расчета и написал исходный проект; Ю.Д. проверил данные; Ю.С. руководил методом численного моделирования; Х.Ю. отредактировал окончательный вариант рукописи. Все авторы прочитали и согласились с опубликованной версией рукописи.
Это исследование финансируется Ключевой программой проекта Фонда естественных наук провинции Хэйлунцзян (ZD2019E001) и Фонды фундаментальных исследований центральных университетов (2572019CT01).
Неприменимо.
Неприменимо.
Данные, представленные в этом исследовании, доступны по запросу у соответствующего автора.
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Примечание издателя: MDPI сохраняет нейтралитет в отношении юрисдикционных претензий в опубликованных картах и институциональной принадлежности.
1. Бин Х., Венфу З. Локально-общая интерактивная потеря устойчивости сварных двутавровых колонн из высокопрочной стали при осевом сжатии. Тонкостенная конструкция. 2020;157:106964. [Google Scholar]
2. Xianlei C., Geng Z., Zhengyi K., Hao S., Chao C., Zongping C., SeungEcok K. Экспериментальное исследование локальной потери устойчивости сварного двутаврового профиля из быстрорежущей стали на 800 МПа. колонны под осевым сжатием. Тонкостенная конструкция. 2020;155:106878. [Google Scholar]
3. Jie W., Jin D., Qian Z., Fengjiang Q. Общая характеристика продольного изгиба стальных сварных двутавровых профилей Q420-Q960 при осевом сжатии. англ. Структура 2021;249:113340. [Google Scholar]
4. Gang S., Huiyong B., Yuanqing W. Обзор результатов исследований высокопрочных стальных конструкций. англ. Пласт. заявл. 2013; 30:1–13. [Академия Google]
5. Илаве Н.В., Циммерман Дж.А., Вонг Б.М. Плохо ломается: DFT-D2 дает значительные ошибки для пределов прочности на растяжение в твердых телах гидрида палладия. Дж. Хим. Терой Компьютер. 2015;11:5426–5435. doi: 10.1021/acs.jctc.5b00653. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
6. Ji H., Lee Jong H., Park A.S. Оценка влияния обменно-корреляционных функционалов, скорректированных Ван-дер-Ваальсом, на анизотропные механические свойства монетных металлов. физ. Ред. Б. 2016; 94:024108. [Академия Google]
7. Junsheng S., Junjie W., Wenbiao W., Zhengfang D., Bo L. Сравнительные экспериментальные исследования сейсмических характеристик прямоугольных бетонных колонн, армированных высокопрочной сталью. Дж. Билд. Структура 2014; 35:20–27. [Google Scholar]
8. Qingxuan S., Licheng M., Qiuwei W., Bin W., Kun Y. Сейсмические характеристики квадратных бетонных колонн, армированных продольной и поперечной стальной арматурой с пределом прочности 600 МПа, при высокой осевой нагрузке. Структуры. 2021; 32:1955–1970. [Академия Google]
9. Jiabao Y., Xinyan Y., Yunbiao L., Xuchuan L., Lingxin Z. Исследования характеристик осевого сжатия заполненных бетоном стальных трубчатых колонн при низкой температуре. Дж. Билд. Структура 2021; 42: 248–255. doi: 10.14006/j.jzjgxb.2021.S2.0029. [CrossRef] [Google Scholar]
10. Lingyue L., Jian C. Новый метод расчета осевой несущей способности композитных колонн с сердцевиной из высокопрочной стальной трубы, заполненной бетоном. Дж. Южно-Китайский ун-т. Технол. Нац. науч. Эд. 2010; 38:26–31. [Академия Google]
11. Guochang L., Bowen C., Zhijian Y., Yaopeng L., Yihe F. Экспериментальное и численное поведение квадратных заполненных бетоном стальных трубчатых длинных колонн из высокопрочной стали и бетона. Тонкостенная конструкция. 2021;159:107289. doi: 10.1016/j.tws.2020.107289. [CrossRef] [Google Scholar]
12. Jiangang W., Xia L., Zhichao L., Amit H.V. Экспериментальное поведение и конструкция высокопрочных круглых коротких колонн из стальных труб, заполненных бетоном. Дж. Структура. англ. 2020;146:04019184. [Google Scholar]
13. Jian C., Xiaofeng X., Chun Y., Jiangang H., Haifeng C. Экспериментальное исследование композитной колонны с сердцевиной из высокопрочной бетонной заполненной стальной трубы при осевом сжатии . Дж. Южно-Китайский ун-т. Технол. Нац. науч. Эд. 2022; 30:81–85. [Google Scholar]
14. Yanlei W., Yonghua G., Qing S., Bin Z. Исследование локальной устойчивости трубы из высокопрочной стали Q690 при осевом сжатии. гл. Дж. Гражданский. англ. 2013; 46:1–12. doi: 10.15951/j.tmgcxb.2013.05.012. [Перекрестная ссылка] [Академия Google]
15. Xianlin W., Yuqing L., Fei Y., Yuanchun L., Xuefeng L. Влияние бетонного покрытия на сцепление и скольжение между стальным профилем и бетоном в конструкциях SRC. Констр. Строить. Матер. 2019;229:116855. [Google Scholar]
16. Chanchan Z., Guangyong W., Yinxing L. Огнестойкость защемленных железобетонных колонн. Дж. Билд. Структура 2021; 62: 46–55. doi: 10.14006/j.jzjgxb.2021.0001. [CrossRef] [Google Scholar]
17. Qiliang L., Xishan H., Dong C. Детальное проектирование соединений и инженерное применение сталежелезобетонной композитной конструкции. Констр. Технол. 2013;42:42–44. doi: 10.7672/sgjs2013240042. [Перекрестная ссылка] [Академия Google]
18. Шурен З. Экспериментальное исследование сейсмических характеристик соединений стальных железобетонных балок и колонн в Иньчуаньском зеленом космическом центре. Строить. Структура 2021; 51: 44–48. doi: 10.19701/j.jzjg.2021.12.008. [CrossRef] [Google Scholar]
19. Linfei P., Huiyy W., Tianli J., Shen T. Проектирование металлоконструкций эстакадного моста в строительстве газопроводов. англ. Дж. Уханьский унив. 2020; 53: 59–64. [Google Scholar]
20. Mingqiang L., Fengjuan D., Weishan J. Исследование высокопрочной бетонной колонны SRC. науч. Тех. Информация. 2010;25:722. [Академия Google]
21. Chang-Soo K., Hong-Gun P., Ho-Jun L., In-Rak C., Kyung-Soo C. Испытание на эксцентрическую осевую нагрузку высокопрочных композитных колонн различной конфигурации сечения. Дж. Струк. англ. 2017;143:04017075. [Google Scholar]
22. Chang-Soo K., Hong-Gun P. Испытание на внецентренную осевую нагрузку для железобетонных колонн L-образного сечения с использованием стали 800 МПа и бетона 100 МПа. Дж. Структура. англ. 2012; 138:1019–1031. [Google Scholar]
23. Yangming G., Jingfeng W., Qihan S., Zhaodong D., Xingqiao S. Экспериментальное исследование характеристик осевого сжатия горячекатаной ребристой высокопрочной железобетонной короткой колонны марки HRB635. Дж. Хэфэй унив. Технол. Нац. науч. 2021;44:1370–1384. [Академия Google]
24. Yizhu L., Shuangyin C., Hang L., Xiangyong N., Denghu J. Осевое сжатие бетонных колонн с арматурными стержнями класса прочности 600 МПа. англ. Структура 2018; 172: 497–507. [Google Scholar]
25. Ичжу Л. Юго-Восток Докторская диссертация. Юго-восточный университет; Нанкин, Китай: 2019. Экспериментальные и теоретические исследования механического поведения железобетонных колонн с арматурными стержнями на 600 МПа. [CrossRef] [Google Scholar]
26. Халаджестани М.К., Парвез А., Фостер С.Дж., Валипур Х., МакГрегор Г. Высокопрочные бетонные колонны с концентрической и внецентренной нагрузкой с высокопрочной арматурой: экспериментальное исследование. англ. Структура 2021;248:113251. doi: 10.1016/j.engstruct.2021.113251. [Перекрестная ссылка] [Академия Google]
27. Yanbo W., Ci S., Xingyuan Z., Guoqiang L. Экспериментальные исследования несущей способности на осевое сжатие высокопрочных стальных трубчатых коротких колонн, заполненных бетоном. Дж. Струк. англ. 2021: 1–17. doi: 10.14006/j.jzjgxb.2021.0203. [CrossRef] [Google Scholar]
28. Yansheng D., Dinghui G., Zhihua C., Zihan Z., Xiaodun W. Поведение FRP замкнутых прямоугольных заполненных бетоном тонкостенных стальных трубчатых колонн с использованием высокопрочных материалов под осевой нагрузкой. Композиции Структура 2022;280:114915. doi: 10.1016/j.compstruct.2021.114915. [CrossRef] [Google Scholar]
29. Jiangang W., Xia L., Zhijing O., Baochun C. Экспериментальное исследование поведения при осевом сжатии круглых коротких колонн из высокопрочной стальной трубы, заполненных UHPC. Дж. Структура. англ. 2020; 41:16–28. doi: 10.14006/j.jzjgxb.2019.0337. [CrossRef] [Google Scholar]
30. Yancheng C., Meini S., Xuerui C., Ben Y. Трубчатые колонны квадратного и прямоугольного сечения из высокопрочной стали, заполненные бетоном. Дж. Констр. Сталь рез. 2021;179:106536. doi: 10.1016/j.jcsr.2021.106536. [CrossRef] [Google Scholar]
31. Han F., Tak-Ming C., Ben Y. Структурные характеристики заполненных бетоном высокопрочных трубчатых восьмиугольных трубчатых колонн из высокопрочной стали, заполненных бетоном. англ. Структура 2021;239:112360. doi: 10.1016/j.engstruct.2021.112360. [CrossRef] [Google Scholar]
32. Zhu J.Y., Chan T.M. Экспериментальные исследования восьмиугольных железобетонных стальных шлейфов при одноосном сжатии. Дж. Констр. Сталь рез. 2018; 147: 457–467. doi: 10.1016/j.jcsr.2018.04.030. [Перекрестная ссылка] [Академия Google]
33. Ehab E., Ben Y. Внецентренно нагруженные бетонные стальные композитные колонны. Тонкостенная конструкция. 2010;49:53–65. [Google Scholar]
34. Jun W., Wenze S., Jinyou Z., Yu S., Xinran W. Экспериментальное исследование эксцентрически нагруженной стальной железобетонной композитной колонны двутаврового сечения высокой прочности. Дж. Структура. англ. 2021: 1–10. doi: 10.14006/j.jzjgxb.2021.0109. [CrossRef] [Google Scholar]
35. Лай Б., Лью Дж. Р. Взаимодействие осевых моментов высокопрочных железобетонных стальных композитных колонн: рекомендации по проектированию. Дж. Констр. Сталь рез. 2020;175:106370. doi: 10.1016/j.jcsr.2020.106370. [Перекрестная ссылка] [Академия Google]
36. Li S., Liew J.R., Xiong M.-X., Lai B.-L. Экспериментальные исследования огнестойкости высокопрочных железобетонных огражденных сталекомпозитных колонн. Журнал пожарной безопасности, 2021; 121:103273. doi: 10.1016/j.firesaf.2020.103273. [CrossRef] [Google Scholar]
37. Li S., Liew J.R., Xiong M.-X. Огнестойкость составных колонн из высокопрочной стали и бетона. Дж. Констр. Сталь рез. 2021;181:106640. doi: 10.1016/j.jcsr.2021.106640. [CrossRef] [Google Scholar]
38. Yiting Y., Zhaoxin H., Guoqiang L., Chao G., Suwen C. Исследование механических свойств высокопрочной круглой колонны SRC Q460 при осевом сжатии. Сталь Констр. 2016;31:24–31. [Академия Google]
39. Yiting Y., Zhaoxin H., Chao G., Yan W. Анализ факторов, влияющих на сейсмические характеристики высокопрочных стальных железобетонных колонн. прог. Стальная сборка. Структура 2018;20:11–21. [Google Scholar]
40. ANSI/AISC360-2016. Спецификация для зданий из конструкционной стали. Комитет AISC по спецификациям; Чикаго, Иллинойс, США: 2016. [Google Scholar]
41. Еврокод 4: Проектирование композитных стальных и бетонных конструкций. Часть 1-1. Общие правила для зданий: EN 19.94-1-1:2004. Европейский комитет по стандартизации; Брюссель, Бельгия: 2004 г. [Google Scholar]
42. JGJ138-2016. Кодекс проектирования композитных конструкций. Архитектура и Строительная Пресса; Пекин, Китай: 2016 г. [Google Scholar]
43. GB/T228-2010. Китайский стандарт испытаний металлических материалов на растяжение при температуре окружающей среды. Архитектура и Строительная Пресса; Пекин, Китай: 2010 г. [Google Scholar]
44. GB/T50152-2012. Стандарт на методы испытаний бетонных конструкций. Архитектура и Строительная Пресса; Пекин, Китай: 2012. [Google Scholar]
45. Duarte A.P.C., Silva B.A., Silvestre N., de Brito J., Júlio E., Castro J.M. Экспериментальное исследование коротких прорезиненных заполненных бетоном стальных труб при циклической нагрузке. Композиции Структура 2016; 136: 394–404. doi: 10.1016/j.compstruct.2015.10.015. [CrossRef] [Google Scholar]
46. Джиуру Т. Сейсмостойкость соединений железобетонных конструкций. Издательство Юго-восточного университета; Нанкин, Китай: 1989. [Google Scholar]
47. Еврокод 3: Проектирование стальных конструкций. Часть 1-1. Общие нормы и правила для зданий: EN 19.93-1-1:2005. Европейский комитет по стандартизации; Брюссель, Бельгия: 2005. [Google Scholar]
48. Shengping C., Liang N., Yingfa L., Xiao T. Экспериментальное исследование влияния стальной фибры на свойства бетона при осевом сжатии. Дж. Хубэй унив. Технол. 2020; 35: 97–101. [Google Scholar]
49. Лян Н. Исследование характеристик одноосного сжатия и определяющих взаимосвязей железобетона, армированного стальным волокном. Хубэйский технологический университет; Ухань, Китай: 2020 г. [Google Scholar]
50. Xiaofei W., Xiaohu Z., Pingyang W., Licheng Wu Jing L. Метод численного моделирования порошкового бетона с реактивным стальным волокном. Дж. Билд. Структура 2015;36:340–345. [Google Scholar]
51. Ehab E., Ben Y. Численное моделирование железобетонных композитных колонн. Дж. Констр. Сталь рез. 2011;67:211–222. [Google Scholar]
52. Мандер Дж. Б., Пристли М. Теоретическая модель напряжения-деформации для замкнутого бетона. Дж. Структура. англ. 1988; 114: 1804–1826. doi: 10.1061/(ASCE)0733-9445 (1988) 114: 8 (1804). [CrossRef] [Google Scholar]
53. Xianzhong Z., Fuping W. Теоретическое исследование механизма удержания и модели напряжения-деформации для стального замкнутого бетона в колоннах SRC. англ. Пласт. заявл. 2018;35:36–46. [Google Scholar]
54. Chengchih C., Nanjiao L. Аналитическая модель для прогнозирования осевой нагрузки и поведения железобетонных стальных композитных шлейфов. Дж. Констр. Сталь рез. 2006; 62: 424–433. [Google Scholar]
55. Junjie F., Guansheng Y. Одноосное сжатие стальных и макрополипропиленовых гибридных волокон, армированных переработанным заполнителем. Констр. Строить. Матер. 2021;304:124559. [Google Scholar]
56. Лангфей Г., Цзяньлан З., Ялян С. Исследование полных кривых напряжения-деформации осевого сжатия высокопрочного железобетона, армированного стальной фиброй. Дж. Фучжоу унив. Нац. науч. Эд. 2005; 4: 501–503. [Google Scholar]
57. Xuming G. Исследование производительности UHPC со стальным волокном. Университет Хунань; Чанша, Китай: 2013. [Google Scholar]
58. Seongcheol L., Jounghwan O. Поведение армированного фиброй бетона с загнутыми на концах стальными волокнами при сжатии. Материалы. 2015; 8: 1442–1458. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
59. Shunbo Z., Mingshuang Z., Xiaoyan Z., Zhenjing P., Tinghua H. Исследование полных кривых напряжения-деформации легкого бетона, армированного стальным волокном, при одноосном сжатии. Дж. Билд. Структура 2019;40:181–190. [Google Scholar]
60. Guojie X., Chuanlin W., Jiamiao Z., Zeping L., Tengteng Z., Yuxuan Z. Влияние формы стального волокна на характеристики высокопрочного бетона. Acta Mater. Композит. Грех. 2021; 38: 4313–4324. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20210210.003. [Перекрестная ссылка] [Академия Google]
Бетон и железобетон. Объясните это.
Бетон и железобетон. Объясните это.
Вы здесь:
Домашняя страница >
Материалы >
Бетон и железобетон
Дом
Индекс А-Я
Случайная статья
Хронология
Учебное пособие
О нас
Конфиденциальность и файлы cookie
Реклама
org/Person»> Криса Вудфорда. Последнее обновление: 9 июня, 2022.
Стоунхендж в Англии, Великая пирамида в Гизе, перуанская цитадель в Мачу-Пикчу — три удивительных примера того, как камень
структуры могут простоять сотни или даже тысячи лет. Но хотя
камень – один из старейших и самых прочных строительных материалов, он не
точно удобно работать. Он тяжелый, его трудно транспортировать, и
обычно идет большими кусками, которые должны быть
кропотливо вырезать по форме. Было бы здорово, если бы существовал рецепт камня —
какая-то клейкая смесь для кекса, которую мы могли бы смешать, где бы это ни было необходимо, просто нажав на нее
в формы для изготовления зданий и сооружений любой формы и размера?
Такой «жидкий камень» действительно существует: мы называем его
бетон . Хотя иногда он получает плохую репутацию, потому что многие
ассоциируется у людей с брутальной городской архитектурой середины 20-х гг.
века, бетон — великий, невоспетый герой современного материала.
Мир. От плотины Гувера до Сиднейского оперного театра вы найдете
это в самых высоких небоскребах мира, самый большой
мосты, самые длинные
магистрали, глубочайшие туннели и, вполне вероятно, даже под полом в
свой скромный маленький дом. Бетон — довольно удивительная вещь, но
что это такое и как именно это работает? Давайте посмотрим поближе!
Фото: Бетон — основа практически каждого современного здания
и основная структура — но это не так уродливо, как многие думают.
Это 12-арочный виадук Калсток, по которому проходит железная дорога через реку Тамар в Корнуолле, Англия.
Хотя он выглядит так же элегантно, как старый камень, на самом деле он сделан из бетона.
блоки, которые были собраны на месте и были завершены в 1908 году.
Содержание
Что такое бетон?
Почему бетон так популярен в строительстве?
Железобетон
Предварительно напряженный бетон
«Бетонный рак»
Воздействие бетона на окружающую среду
Краткая история бетона
Узнать больше
Что такое бетон?
Таблица: Рецепт бетона: Ингредиенты типичной смеси.
Слово «бетон» происходит от латинского слова concretus ,
смысл расти вместе — и это именно то, что происходит, когда вы
объединить три его ингредиента, а именно:
Смесь крупных и мелких заполнителей (песок, гравий, камни, более крупные куски щебня,
переработанное стекло, кусочки старого переработанного бетона и многое другое.
что-либо эквивалентное) — обычно 60–75 процентов.
Цемент (обычное название силикатов и алюминатов кальция) — обычно 10–15 процентов.
Вода — обычно 15–20 процентов.
Собранные вместе и хорошо перемешанные, эти простые
ингредиенты составляют композит, так мы называем гибрид
материал, который в каком-то важном отношении лучше, чем материалы из
который он сделан. В случае с бетоном «важно» то, что он
прочный, твердый и долговечный. Представление о бетоне как о
композиционный материал, гидрат цемента является фоном, вяжущим
материал (технически называемый «матрицей»), к которому добавляют песок и гравий
дополнительная прочность («армирование»).
Фото: Бетонный композит: Посмотрите внимательно на этот бетон, и вы можете ясно увидеть, как он работает: более светлый заполнитель (камни разных форм и размеров, которые служат армированием) связан цементом более темного цвета ( матрица). Однако не весь бетон выглядит таким грубым; Мне пришлось довольно долго рыскать, чтобы найти этот пример в бетонном столбе рядом с моим домом.
Как образуется бетон из ингредиентов, не похожих на конечный продукт?
Когда вы добавляете воду в цемент, начинают расти кристаллы гидрата цемента (технически это гидрат кальция-кремнезема), которые плотно соединяют песок и гравий. это постепенно
образование кристаллов, которое придает бетону прочность, а не
простой факт, что он высыхает. Действительно, причина, по которой вы должны держать
смачивание бетона в течение нескольких дней по мере его схватывания является «питанием»
химические реакции, приводящие к гидратации цемента. Мягкая слякотная смесь, которая падает из вашего
бетономешалка постепенно получается намного тверже, чем материалы из
который он сформировал. «Жидкий камень» становится настоящим камнем — ну,
хотя бы искусственный камень. И под «постепенно» я действительно имею в виду
постепенно: бетон затвердевает в течение нескольких часов, затвердевает примерно через
в месяц, но продолжает твердеть и укрепляться не менее пять
лет после этого.
Интересный факт, из
Недавние научные исследования бетона заключаются в том, что «кристаллы» внутри него на самом деле вовсе не кристаллы: они плохо упорядочены и
совершенно правильные, какими и должны быть кристаллы, но на самом деле имеют
некоторые из случайных структур, которые вы найдете в таких материалах, как стекло
(научно известные как аморфные твердые тела). Бетон содержит достаточно
немного захваченного воздуха (целых 5-10 процентов), потому что есть некоторое
пространство вокруг открытой трехмерной структуры гидрата цемента
кристаллы и песок и гравий, застрявшие между ними. И то, в
очередь, объясняет, почему бетон может гнуться и изгибаться, растягиваться и сжиматься
(все-таки немного).
Как и в любом рецепте, смесь для бетона можно несколько варьировать (подробнее
воды, может быть, больше агрегатов, или даже химикатов разных
виды) для производства бетона, который течет быстрее, твердеет или более
быстро, лучше выдерживает погодные условия или имеет определенный цвет или внешний вид.
Добавление пигмента, называемого диоксидом титана, например, является простым
способ сделать бетон ярким и белым — в миллионе миль от
унылое серое вещество, из-за которого у бетонных автостоянок дурная слава. Другая
вариант – газобетон, внешне немного напоминающий очень твердый
губка с массой крошечных воздушных карманов внутри. Это позволяет
бетон расширяется и сжимается в жаркую и холодную погоду без
фатально трескается, а также делает его отличной теплоизоляцией
материал.
Фото: Когда бетон распыляется из шланга на высокой скорости, а не медленно укладывается из
бетономешалка, это называется торкретбетон. Слева: как наносится Shocrete на каркас из арматуры. Фото предоставлено
US NAVFAC и Wikimedia Commons.
Справа: пример того, как набрызг бетон используется для укрепления входа в старую шахту.
Фото предоставлено
Агентства по охране окружающей среды США и Wikimedia Commons.
Рекламные ссылки
Почему бетон так популярен в строительстве?
В городах, по крайней мере, бетон везде, куда ни глянь, и это
не трудно понять почему. Это легко сделать из дешевого и легкодоступного
ингредиенты, легко разливаются по формам и превращаются во все виды
формы (потому что начинает жизнь очень вязкой жидкостью), и это одновременно
огнеупорный и (относительно) водонепроницаемый. Но главная причина, по которой это так
широко используется в зданиях, заключается в том, что он чрезвычайно прочен в
сжатие: вы можете сжать его или выдержать большой вес на
Это. Он широко используется в стенах и фундаментах (вертикальный
другими словами, поддерживает), потому что он отлично подходит для сопротивления весу, сложенному сверху. К сожалению,
очень большой недостаток бетона в том, что он примерно в 10 раз слабее на растяжение
чем при сжатии. Он легко трескается или ломается, если его согнуть или растянуть.
укрепить его сталью внутри, так что это
мало пользы в горизонтальных лучах. Хотя бетон выглядит тяжелым и монолитным, он
на самом деле намного легче, чем вы можете предположить: его плотность составляет примерно пятую часть плотности
вести, треть как
плотный, как сталь, на 10 процентов менее плотный, чем алюминий, и только
незначительно более плотный, чем стекло.
Хотя бетон часто смешивают на месте и формуют во что угодно
формы необходимы в то время, он также может поставляться в сборном виде
«модули»; блоки, балки, секции стен, тротуары и облицовка
все можно сделать так. Гигантский, современный
сегментные мосты, для
например, часто быстро и недорого собираются из одинаковых
бетонные секции, которые были собраны на заводе и отправлены на окончательный
расположение. Это делает их быстрее и легче построить, чем если бы
весь мост пришлось отливать на месте, что гораздо сложнее сделать в
посреди реки, например, или в неблагоприятных погодных условиях.
Другой вариант – сделать бетонные конструкции, сочетающие в себе некоторые
сборные секции с другими секциями, сформированными на месте.
Произведение искусства: Идеи из бетона: Томас Эдисон сразу понял великолепие бетона как материала для создания «моментальных» зданий. В начале 20-го века он разработал этот метод изготовления монолитных бетонных домов, которые можно было массово производить недорого в очень больших количествах. Бетон из пары миксеров (синий) подается в резервуар (красный), перемешивается (зеленый), а затем переносится шнеком (оранжевый) наверх огромной трехмерной формы. Вылитая через форму, она образует стены, полы и крышу здания — и даже некоторые детали (например, ванны) внутри! К сожалению, идея так и не прижилась. Работа из патента США 1219., 272: Процесс строительства бетонных зданий Томасом Эдисоном, 13 марта 1917 г., любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США.
Железобетон
Как мы уже видели, бетон представляет собой композиционный материал — цементную матрицу с заполнителями
для армирования — это хорошо работает на сжатие, но не на
напряжение. Мы можем решить эту проблему, заливая влажным бетоном прочные стальные
арматурные стержни (связанные между собой, чтобы получилась клетка).
Когда бетон схватится и затвердеет вокруг стержней,
получаем новый композиционный материал, железобетон
(также называемый армированным цементобетоном или RCC), который хорошо работает в
либо на растяжение, либо на сжатие: бетон сопротивляется сжатию
(обеспечивает прочность на сжатие), а сталь сопротивляется изгибу
и растяжения (обеспечивает прочность на растяжение). По сути усиленный
бетон использует один композитный материал внутри другого: бетон
становится матрицей, в то время как стальные стержни или провода обеспечивают
армирование.
Стальные стержни (известные как арматура , сокращение от
арматурный стержень) обычно изготавливаются из скрученных прядей с благородными волокнами.
или гребни на них, которые прочно закрепляют их внутри бетона без
любой риск поскользнуться внутри него. Теоретически мы могли бы использовать
все виды материалов для армирования бетона. Как правило, мы используем сталь
потому что он расширяется и сжимается в жару и холод примерно так же, как
сам бетон, что означает, что он не расколет бетон, который
окружает его, как мог бы другой материал, если бы он расширился более или менее.
Однако иногда используются и другие материалы, в том числе различные виды
пластмасс.
Фото: «Жидкий камень» на вынос — заливка бетона из автобетоносмесителя.
Эти строители ВМС США укладывают мокрый бетон
с грузовика на арматуру (сетку из стальных арматурных стержней).
Когда бетон схватится, стальные стержни придадут ему дополнительную прочность:
бетон плюс сталь равняется железобетону. Фотография лейтенанта Эдварда Миллера, любезно предоставлена ВМС США и
Викисклад.
Предварительно напряженный бетон
Хотя железобетон, как правило, является лучшей конструкцией
материал, чем обычный материал, он все еще хрупкий и подвержен
трещина: при растяжении железобетон может разрушиться, несмотря на его
стальная арматура, пропускающая воду, которая затем вызывает бетон
выйти из строя, а арматура заржаветь. Решение — поставить армированный
бетон постоянно сжимается на предварительное напряжение оно (также
называется предварительным натяжением). Поэтому вместо того, чтобы класть стальные стержни в сырую
бетонные, как они есть, мы сначала натягиваем (натягиваем) их. Как
бетон схватывается, натянутые стержни втягиваются внутрь, сжимая бетон и делая его прочнее.
В качестве альтернативы, арматура в железобетоне может
подвергаться стрессу после того, как он начинает затвердевать, что известно как постнапряжение
(постнапряжение). В любом случае сохранение бетона в сжатом состоянии является
хитрый трюк, который помогает остановить его растрескивание (и останавливает трещины от
распространение, если они образуются). Еще одно преимущество заключается в том, что
можно использовать менее предварительно напряженный или постнапряженный бетон или меньше,
более тонкие детали, чтобы нести те же нагрузки, по сравнению с обычными,
железобетон.
Фото: Наука проходит через бетон — как он застывает, почему он прочен и почему мы его используем.
Это конкретное слово — одна из деталей военного мемориала округа Онондага в Сиракузах, штат Нью-Йорк.
Предоставлено: фотографии из архива Кэрол М. Хайсмит, Библиотека Конгресса, отдел эстампов и фотографий.
«Бетонный рак»
Трещины — это последнее, что хочется видеть в здании или мосту,
особенно относительно новый, сделанный из бетона. Но если у нас есть
бетонные конструкции, относящиеся к римским временам, почему некоторые из
бетонные мосты, небоскребы и другие сооружения, построенные всего несколькими
десятилетия назад, в конце 20 века, уже разваливаются?
Есть несколько объяснений. Старый, римского типа, пуццолановый
бетон, сделанный из вулканического пепла, имеет тенденцию трескаться меньше, чем больше
современные формы бетона, и применялся он в основном на сжатие, поэтому
даже если трещины имели возможность образоваться, вероятность их образования была меньше.
распространять. Железобетон чаще используется на растяжение, что
Вот почему у него внутри есть эти стальные арматурные «стержни». Но, как мы
уже видели, он все еще может треснуть, если он не предварительно напряжен.
Современный бетон разрушается из-за того, что неофициально известно как рак бетона
или конкретное заболевание , которое включает в себя три взаимосвязанные проблемы.
Сначала щелочи из цемента реагируют с кремнеземом в
заполнители, из которых изготавливается бетон. Это делает новые
внутри бетона очень медленно растут кристаллы, которые занимают больше
комнате, чем исходные «кристаллы», поэтому создание
бетон растрескивается изнутри наружу или отслаивается («отслаивается»)
с поверхности, пропуская воду снаружи.
На чем-то вроде автомобильного моста любая вода, попадающая внутрь,
также может быть щелочным из-за используемых солей
для обработки дороги зимой. Вторая проблема заключается в том, что вода
который попадает внутрь, в конечном итоге вступает в контакт со стальными арматурными стержнями внутри, вызывая
их ржаветь и разлагаться, возможно, расширяясь, что приводит к фатальным последствиям.
слабые места в конструкции. Грязные коричневые пятна, которые вы видите на
бетон с «раком» часто возникает из-за просачивания ржавой воды через
трещины. Третья проблема заключается в том, что вода, которая просочилась внутрь
бетон через трещины зимой может промерзнуть, а значит будет
расширяться и вызывать дальнейшие трещины, через которые будет поступать еще больше воды.
проникают, вызывая порочный круг вырождения и распада.
Художественное произведение: Как железобетон разрушается: (1) Щелочи из цемента реагируют с кремнеземом в заполнителях,
образуя более крупные кристаллы, которые раскалывают бетон изнутри, (2). Вода стекает по щелям (3),
ржавление арматурного стержня (4), которое может развалиться и вызвать большее растрескивание или «выкрашивание» краев (5). В холодную погоду,
вода, попавшая в трещины, будет расширяться при замерзании (6), вызывая появление новых трещин (7). Трещины не
обязательно большие: некоторые из них очень тонкие капилляры, а это значит, что вода может двигаться вверх по ним
простое капиллярное действие, а также стекание через них под действием силы тяжести.
Воздействие бетона на окружающую среду
Фото: Некоторые любят бетон, некоторые ненавидят его. Мнения резко расходятся по поводу «бруталистских» городских зданий, таких как Xerox Tower в Рочестере, штат Нью-Йорк, построенный в середине 20 века. Предоставлено: фотографии из архива Кэрол М. Хайсмит, Библиотека Конгресса, отдел эстампов и фотографий.
Растущая озабоченность по поводу окружающей среды и изменения климата в
в частности, выявили еще одну серьезную проблему с бетоном:
после транспорта и энергетики производство цемента занимает третье место
крупнейший источник выбросов углекислого газа. Это отчасти потому, что
процесс изготовления цемента выделяет много углекислого газа, но также,
очень важно, из-за огромного количества цемента и
бетон используется во всем мире. Углекислый газ выделяется в двух довольно
разными способами (разделив их примерно пополам): во-первых,
из-за энергии ископаемого топлива, используемой при производстве
цемент; во-вторых, потому что цемент образуется, когда карбонат кальция
превращается в оксид кальция, выделяя при этом углекислый газ.
Бетон зависит от цемента, так что это совсем не устойчивое
материал, что беспокоит архитекторов, в частности, потому что они склонны
быть очень экологически сознательным.
Фото: Ранний пример экологичного бетона 1953 года: плотина Hungry Horse Dam на реке Флэтхед, штат Монтана, США,
был построен с использованием 120 000 метрических тонн переработанной летучей золы из мусоросжигательных заводов. Изображение предоставлено Бюро мелиорации США.
Так как двуокись углерода выделяется двумя путями при цементировании
производства, отсюда следует, что есть два способа сделать больше
экологически чистый бетон. Исторически, начиная с промышленного
Революция, большая часть энергии человечества поступает от сжигания угля,
который выделяет больше парниковых газов, чем другие виды топлива, и
Традиционно цементные печи также работали на угле. Переключение их с
уголь в природный газ является одним из решений, так как газ выделяет меньше углерода
диоксида на заданное количество энергии. Делаем цементные печи больше
эффективный снижает общую потребность в энергии, что также снижает
их выбросы углекислого газа. Другое решение — уменьшить
количества цемента в бетонной смеси за счет использования вторсырья,
например летучая зола от мусоросжигательных заводов. Еще одна захватывающая перспектива –
разработка бетона, который вообще не использует карбонат кальция.
Вместо этого карбонат получают барботированием углекислого газа из
электростанция через морскую воду. Это имеет общий экологический
выгоду, так как он забирает вредные выбросы CO2 от энергии
растений и вместо этого превращает их в очень полезный бетон. это своего рода
улавливания и хранения углерода (CCS).
Еще один экологический недостаток бетона связан с использованием в нем
заполнители, которые необходимо добывать, часто из экологически
уязвимых мест, таких как речные долины. Использование переработанных заполнителей
(включая переработанный бетон из старых снесенных зданий)
возможное решение здесь.
Краткая история бетона
Ранняя история
~7000 г. до н.э.: неолитическое поселение в
Йифтахель в Галилее, Израиль, имеет грубый «бетонный» пол, сделанный с использованием штукатурки из обожженной извести.
~5600 г. до н.э.: для полов используется бетоноподобный материал.
Мезолитические (среднекаменный век) сербские жилища на
Лепенски Вир, в Сербии,
на берегу реки Дунай.
~3000 г. до н.э.: египтяне используют грубые формы цемента и бетона в
пирамиды.
~200 г. до н.э.: римляне использовали тип бетона, называемый пуццоланом (иногда
называется пуццолановым цементом) на основе вулканического пепла, полученного из
Поццуоли, Неаполь. Он используется в культовых римских сооружениях, таких как
Колизей и Пантеон в Риме.
400 г. н.э.–~1750 г. н.э.: Фактически, конкретное Средневековье: знание
бетона полностью утрачена после падения Римской империи.
Новое открытие
1750-е годы:
Джон Смитон, английский инженер, заново открывает для себя искусство
изготовление «гидравлического» цемента (затвердевающего с водой) с использованием Blue
Lias камень, глина и пуццолана, первоначально для
Маяк Эддистон недалеко от Плимута, Англия.
1824: Англичанин Джозеф Аспидин разрабатывает портландцемент, который
напоминает природный камень, добытый в Портленде в графстве Дорсет, Англия.
Портландцементу суждено стать ключевым компонентом бетона.
1832–1834: Уильям Рейнджер патентует сборный железобетон.
1867: француз
Джозеф Монье
патентует железобетон для использования
в садовых цветочных горшках, демонстрируя их на Парижской выставке.
тот же год.
~ 1850-е годы: французский строитель Франсуа Куанье начинает широкое использование
бетона в зданиях, включая первый железобетонный дом в
Париж, Франция.
1884: английский архитектор, проживающий в Америке.
Эрнест Лесли Рэнсом
патентует витые арматурные стержни, которые обеспечивают лучшее сцепление внутри бетона, поэтому
делая его сильнее.
1870: Француз Франсуа Хеннебик разрабатывает новый эффективный
процесс строительства зданий из железобетона, ведущий
к его широкому распространению.
1880-е: Предварительно напряженный бетон изобретен в Германии, хотя и не
коммерчески разработан.
Современная эпоха
1891 год: первая улица в США с бетонным покрытием
заложен в Беллефонтейне, штат Огайо. Часть его остается на месте, чтобы
этот день.
1917: Томас Эдисон, плодовитый американский изобретатель, патентует идею.
для серийного бетонного дома, но идея не прижилась.
1913: Первая партия товарного бетона доставлена грузовиком
на участок в Балтиморе, штат Мэриленд.
1915: инженер Линн из Чикаго изобретает цветной бетон.
Мейсон Скофилд.
1920-е годы: француз Эжен Фрейсинне превращает предварительно напряженный бетон в
Коммерчески успешный строительный материал.
1936: Бетон используется для завершения строительства мощной плотины Гувера.
Самая большая бетонная конструкция, когда-либо созданная до этого момента.
1956–1959: американский архитектор Фрэнк Ллойд Райт строит культовый
Музей Гуггенхайма в Нью-Йорке из бетона.
Фото: Запоминающееся современное использование железобетона. Это знаменитая Большая мастерская штаб-квартиры Johnson Wax архитектора Фрэнка Ллойда Райта в
Расин, Висконсин. Крыша поддерживается удивительно тонкими железобетонными колоннами.
которые сужаются с 5,5 м (18 футов) вверху до всего 23 см (9 дюймов) внизу. Согласно с
Книга Джонатана Липмана о здании, Райт
Идея пришла в голову после того, как он увидел официанта, несущего поднос на руке.
Изображение предоставлено архивом Кэрол М. Хайсмит,
Библиотека Конгресса, Отдел эстампов и фотографий.
1962: финский архитектор Ээро Саринен строит
знаменитая птичья бетонная крыша центра полетов Trans World Airlines (TWA) в нью-йоркском международном аэропорту имени Джона Ф. Кеннеди.
Три года спустя он проектирует культовый бетонный небоскреб Нью-Йорка CBS Building.
1970-е: Изобретен железобетон на основе пластиковых волокон.
2010-е: Воздействие бетона на окружающую среду становится все более серьезной проблемой.
Ученые и инженеры начинают обращать внимание на то, как резкое изменение климата может
сократить срок службы бетонных зданий.
Узнайте больше
На этом сайте
Мосты
Здания
Чугун и сталь
Металлы
Книги
Инженерное дело
Железобетон: механика, теория и дизайн, Джеймс К. Уайт. Prentice-Hall, 2016. Учебник для студентов технических вузов.
Железобетон: фундаментальный подход, Эдвард Г. Нави. Prentice-Hall, 2009. Подробное руководство для инженеров.
Архитектура
Ээро Сааринен: Создавая будущее Ээро Сааринен и др. Издательство Йельского университета, 2006. Фотогид по конструкциям и зданиям одного из пионеров железобетонной архитектуры 20-го века.
Бетонная архитектура Кэтрин Крофт. Гиббс Смит, 2004. Журнальный столик «Праздник бетона», включая историю материала и фотогид по культовым бетонным зданиям и сооружениям.
Бетонная архитектура: тон, текстура, форма Дэвида Беннета. Birkhäuser, 2001. Подробный обзор 25 известных бетонных сооружений с акцентом на более поздние проекты.
Статьи
Долгое время являлся основным материалом, а бетон стал последним штрихом Кэтрин Маклафлин. The New York Times, 16 февраля 2022 г. Почему когда-то конструкционный бетон теперь используется для крошечных, более тонких деталей?
Бетон, многовековой материал, получает новый рецепт, Джейн Марголис, The New York Times, 11 августа 2020 г. Взгляд на усилия по разработке более устойчивых форм бетона.
Guardian Concrete Week: Увлекательный сборник статей об экологических и социальных проблемах жизни в мире, сделанном из бетона.
Битва за то, чтобы обуздать наш аппетит к бетону, Тим Боулер. BBC News, 24 октября 2018 г. Каково реальное воздействие бетона на окружающую среду и как его уменьшить?
Ученые объясняют долговечный бетон древнего Рима Мэтта Макграта. BBC News, 4 июля 2017 г. Минерал алюминий тоберморит, кажется, сделал римский бетон более прочным, чем наш современный аналог.
Эксперты предлагают приоритеты исследований для «более экологичного» бетона: NIST Tech Beat, 3 апреля 2013 г. Как мы можем сократить выбросы углекислого газа при производстве бетона?
Альтернатива бетону может сделать здания более прочными Александр Джордж. Wired, 12 августа 2011 г. В связи с разрушительным землетрясением 2011 г. японские инженеры разработали новый прочный строительный материал под названием CO2-структура.
Ученые разрабатывают экобетон из рисовой шелухи: BBC News, 13 апреля 2010 г. Исследуется новый тип экологически чистого бетона, при производстве которого выделяется меньше углекислого газа.
Кто виноват во всех бетонных карбункулах?: BBC News, 19 летФевраль 2009 г. Архитектор «Ле Корбюзье» отдавал предпочтение бетонным зданиям; в этой статье Гай Бут размышляет, должны ли мы любить или ненавидеть его работу.
Сканер, чтобы «заглянуть внутрь» бетона: BBC News, 25 октября 2005 г. Как обнаружить признаки коррозии глубоко внутри гигантских бетонных конструкций?
Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие веб-сайты.
Статьи с этого веб-сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США. Копирование или иное использование зарегистрированных произведений без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и/или нарушение смежных прав может повлечь за собой серьезные гражданские или уголовные санкции.
Авторские права на текст © Chris Woodford 2006, 2022. Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условия использования.
Следуйте за нами
Оцените эту страницу
Пожалуйста, оцените эту страницу или оставьте отзыв, и я сделаю пожертвование WaterAid.
Сохранить или поделиться этой страницей
Нажмите CTRL + D, чтобы добавить эту страницу в закладки на будущее или рассказать о ней своим друзьям:
Цитировать эту страницу
Вудфорд, Крис. (2006/2022) Бетон. Получено с https://www. explainthatstuff.com/steelconcrete.html. [Доступ (вставьте дату здесь)]
Подробнее на нашем веб-сайте…
Связь
Компьютеры
Электричество и электроника
Энергия
Машиностроение
Окружающая среда
Гаджеты
Домашняя жизнь
Материалы
Наука
Инструменты и инструменты
Транспорт
↑ Вернуться к началу
Проблема с железобетоном
Сам по себе бетон очень прочный строительный материал. Великолепный Пантеон в Риме, крупнейший в мире купол из неармированного бетона, находится в отличном состоянии спустя почти 1900 лет. И все же многие бетонные сооружения прошлого века – мосты, автомагистрали и здания – рушатся. Многие бетонные конструкции, построенные в этом столетии, устареют еще до его окончания.
Учитывая сохранившиеся древние постройки, это может показаться любопытным. Важным отличием является современное использование стальной арматуры, известной как арматура, скрытая в бетоне. Сталь состоит в основном из железа, и одним из неизменных свойств железа является то, что оно ржавеет. Это разрушает долговечность бетонных конструкций способами, которые трудно обнаружить и обходится дорого в ремонте.
Хотя ремонт может быть оправдан для сохранения архитектурного наследия культовых зданий 20-го века, таких как те, которые были спроектированы пользователями железобетона, такими как Фрэнк Ллойд Райт, сомнительно, будет ли это доступным или желательным для подавляющего большинства структур. Писатель Роберт Курланд в своей книге «Бетонная планета» подсчитал, что затраты на ремонт и восстановление бетонной инфраструктуры только в Соединенных Штатах будут исчисляться триллионами долларов, и их будут платить будущие поколения.
Для замены старых мостов нужны новые деньги.
1stPix/Flickr.com Фила, CC BY-NC
Стальная арматура была драматическим нововведением 19-го века. Стальные стержни добавляют прочности, позволяя создавать длинные консольные конструкции и более тонкие плиты с меньшей опорой. Это ускоряет сроки строительства, поскольку для заливки таких плит требуется меньше бетона.
Эти качества, подстегиваемые настойчивой, а иногда и двуличной рекламой бетонной промышленности в начале 20-го века, привели к его огромной популярности.
Железобетон конкурирует с более прочными строительными технологиями, такими как стальной каркас или традиционные кирпичи и раствор. Во всем мире он заменил экологически чувствительные варианты с низким уровнем выбросов углерода, такие как сырцовый кирпич и утрамбованная земля — исторические методы, которые также могут быть более долговечными.
В начале 20 века инженеры считали, что железобетонные конструкции прослужат очень долго – возможно, 1000 лет. В реальности продолжительность их жизни составляет скорее 50-100 лет, а иногда и меньше. Строительные нормы и правила обычно требуют, чтобы здания сохранялись в течение нескольких десятилетий, но разрушение может начаться уже через 10 лет.
Многие инженеры и архитекторы указывают на естественное сходство между сталью и бетоном: они имеют схожие характеристики теплового расширения, а щелочность бетона может помочь предотвратить ржавчину. Но по-прежнему не хватает знаний об их составных свойствах — например, в отношении изменений температуры, связанных с воздействием солнца.
Многие альтернативные материалы для армирования бетона, такие как нержавеющая сталь, алюминиевая бронза и волокнисто-полимерные композиты, еще не нашли широкого применения. Доступность простой стальной арматуры привлекательна для застройщиков. Но многие планировщики и разработчики не учитывают дополнительные затраты на техническое обслуживание, ремонт или замену.
Дешево и эффективно, по крайней мере, в краткосрочной перспективе.
Луиджи Кьеза/Wikimedia Commons, CC BY-SA
Существуют технологии, которые могут решить проблему коррозии стали, например, катодная защита, при которой вся конструкция подключается к электрическому току, препятствующему образованию ржавчины. Существуют также интересные новые методы контроля коррозии с помощью электрических или акустических средств.
Другим вариантом является обработка бетона составом, замедляющим ржавчину, хотя он может быть токсичным и неподходящим для зданий. Существует несколько новых нетоксичных ингибиторов, в том числе соединения, извлеченные из бамбука, и «биомолекулы», полученные из бактерий.
Однако ни одна из этих разработок не может решить врожденную проблему, заключающуюся в том, что размещение стали внутри бетона разрушает его потенциально большую прочность.
Это имеет серьезные последствия для планеты. Бетон является третьим по величине источником выбросов углекислого газа после автомобилей и электростанций, работающих на угле. Только на производство цемента приходится примерно 5% глобальных выбросов CO₂. Бетон также составляет наибольшую долю отходов строительства и сноса и составляет около трети всех отходов на полигонах.
Переработка бетона сложна и дорога, снижает его прочность и может катализировать химические реакции, ускоряющие разложение. Миру необходимо сократить производство бетона, но это невозможно без строительства долговечных конструкций.
Восстановление арматуры: дорогая работа.
Анна Фродезиак/Wikimedia Commons
В недавней статье я предполагаю, что широкое признание железобетона может быть выражением традиционного, господствующего и в конечном счете разрушительного взгляда на материю как на инертную. Но железобетон на самом деле не инертен.
Бетон обычно воспринимается как камнеподобный, монолитный и однородный материал. На самом деле это сложная смесь вареного известняка, глиноподобных материалов и самых разных каменных или песчаных заполнителей. Сам известняк представляет собой осадочную горную породу, состоящую из ракушек и кораллов, на формирование которой влияет множество биологических, геологических и климатологических факторов.
Это означает, что бетонные конструкции, несмотря на всю их каменную поверхность, на самом деле сделаны из скелетов морских существ, перетертых камнем. Этим морским существам требуются миллионы и миллионы лет, чтобы жить, умирать и превращаться в известняк. Эта временная шкала резко контрастирует с продолжительностью жизни современных зданий.
Сталь также часто считается инертной и упругой. Такие термины, как «железный век», предполагают древнюю долговечность, хотя артефакты железного века сравнительно редки именно потому, что они ржавеют. Если конструкционная сталь видна, ее можно обслуживать — например, когда Сиднейский Харбор-Бридж неоднократно красится и перекрашивается.
Однако в бетоне сталь скрыта, но тайно активна. Влага, проникающая через тысячи крошечных трещин, вызывает электрохимическую реакцию. Один конец арматуры становится анодом, а другой — катодом, образуя «батарею», которая обеспечивает преобразование железа в ржавчину. Ржавчина может расширить арматуру в четыре раза, увеличивая трещины и заставляя бетон разрушаться в процессе, называемом скалыванием, более широко известным как «рак бетона».
Бетонный рак: некрасиво.
Саранг/Викисклад
Я предлагаю изменить наше мышление и признать бетон и сталь живыми и активными материалами. Речь идет не об изменении каких-либо фактов, а скорее о переориентации того, как мы понимаем эти факты и действуем в соответствии с ними.

Author	Strength/MPa	Type	Number of Specimen	Method	Main Conclusion
Gu [23]	459–737	HSRC	12	эксперимент	Расчетные значения несущей способности таких образцов, основанные на коде ACI318-14, слишком консервативны.
Ли [24]	437–629		9
Ли [25]	437–629		9		Стержни из высокопрочной стали не поддаются деформации. Предполагается, что при расчете на осевую нагрузку таких образцов прочность стали должна быть 500 МПа.
Мохсен [26]	520–670		39		Модель ACI 318 завышает допустимую нагрузку для 10 колонн из 26 протестированных с номинальным коэффициентом армирования сталью 2%.
Ван [27]	522–906	CFHSST	13	эксперимент	Коды завышают несущую способность трубчатых коротких колонн из высокопрочной стали, заполненных UHPC.
Ду [28]	724–741		10	эксперимент	Отмечено ограничение теории суперпозиций — не учитывается влияние ограничений, что делает результаты расчетов неточными.
Wei [29]	359–1153		15	эксперимент и моделирование	Бетон становится пластичным раньше высокопрочной стальной трубы, разрушение при сдвиге очевидно, а жесткость высокопрочной стальной трубы недостаточна.
Цай [30]	629–1022		34
Клык [31]	760–782		15		Предельные нагрузки, основанные на Еврокоде 4 и подходе Чжу и Чана [32], были завышены на 18–28%.
Ehab [33]	275–690	HSSRC	54	моделирование
Ван [34]	276–774		12	эксперимент	Еврокод 4 и AISC360 слишком консервативны, а JGJ138 неконсервативен при эксцентриситете 0,6.
Лай [35]	590–646		12		EN 1994-1-1 дает неконсервативную оценку кривой прочности взаимодействия N-M колонн CES с высокопрочной сталью S500.
Ли [36]	439–888		8		Коэффициент вклада стали определен как новый параметр для расчета огнестойкости колонн CES, но он не упоминается в нормах.
Li [37]	439–888		5	эксперимент и моделирование	Результат времени огнестойкости колонн CES, основанный на стандарте EN1994-1-2, является неконсервативным, когда приложенная нагрузка на образцы колонн CES превышает предельное значение.
Ян [38]	496–530		2		Расчетные значения, основанные на AISC360, слишком консервативны, что приводит к потерям материала.
Ян [39]	517		1

Обозначение образца	Марка стали	Отношение стали к бетону	Размеры стали (B × H × T1 × T2)	Распространение стремяков	Форма секции стали
A1Q4S3-H (A1)	70	H
A2Q4S5-H(A2)	Q460	5.13%	100 × 106 × 8 × 5	70	H
A3Q4S6-H(A3 )	Q460	6,20%	110 × 106 × 8 × 8	70	H
A4Q4S6-+(A4)	Q460	6. 20%	50 × 106 × 8 × 5	70	+
A5Q6S3-H(A5)	Q690	3.13%	100 × 100 × 5 × 5	70	H
A6Q6S5-H(A6)	Q690	5.13%	100 × 106 × 8 × 5	70	Х
A7Q6S6-H(A7)	Q690	6. 20%	100 × 106 × 8 × 8	70	H
A8Q6S6-+(A8)	Q690	6.20%	50 × 106 × 8 × 5	70	+
A9Q2S3-H(A9)	Q235	3.13%	100 × 100 × 5 × 5	70	H
A10Q2S5-H(A10)	Q235	5. 13 %	100 × 106 × 8 × 5	70	H
A11Q2S6-H(A11)	Q235	6.20%	110 × 106 × 8 × 8	70	H
A12Q2S6-+(A12)	Q235	6.20%	50 × 106 × 8 × 5	70	+

Марка	Предел текучести		Предел прочности		Коэффициент удлинения
Марка	f f a / 910MP0506	C _v	f _u /MPa	C _v	δ /%
Q235	291. 0	5.4%	453.1	4.3%	32.3%
Q460	469.1	7.9%	557.3	8.3%	25.0%
Q690	735.1	1.1%	822. 3	0.9%	19.2%
HRB400	443.2	4.5%	594.9	3.7%	27.8%

Specimens	Test Results	Simulation Results		Calculation Results
	Bearing CapacityN _u /kN	Bearing CapacityN _a /kN	Simulation Error	AISC360-16			EN1994-1-1:2004			JGJ138-2016
				N _u ^ca /kN	Error Rate		N _u ^cc /kN	Error Rate		N _u ^cj /kN	Error Rate
				N _u ^ca /kN	Single	Average	N _u ^cc /kN	Single	Average	N _u ^cj /kN	Single	Average
A1Q4S3-H	2514. 0	2457.3	−2.3%	2241.9	12.1%	9.1%	2307.8	8.9%	6.15%	2141.2	17.4%	14.9%
A2Q4S5-H	2845.6	2787. 9	−2.0%	2581.2	10.2%		2654.5	7.2%		2452.2	16.0%
A3Q4S6-H	2987.5	3032.5	1.5%	2807.7	6.4%		2884. 7	3.6%		2658.6	12.4%
A4Q4S6-+	2961.2	3010.4	1.7%	2753.9	7.5%		2822.7	4.9%		2602.8	13.8%
A5Q6S3-H	2585. 6	2635.3	1.9%	2651.6	−2.5%	−5.8%	2744.6	−5.8%	−8.9%	2534.2	2.0%	−0.93%
A6Q6S5-H	2938.5	2988. 1	1.7%	3055.4	−3.8%		3159.0	−7.0%		2906.2	1.1%
A7Q6S6-H	3067.7	2976.7	−3.0%	3346.5	−8.3%		3456. 8	−11.3%		3173.5	−3.3%
A8Q6S6-+	3060.6	3126.5	2.2%	3352.4	−8.7%		3455.3	−11.4%		3172.2	−3.5%
A9Q2S3-H	2332. 9	2327.2	−0.2%	2025.5	15.2%	12.8%	2079.0	12.2%	10.2%	1935.2	20.5%	18.73%
A10Q2S5-H	2468.9	2407. 1	−2.5%	2212.5	11.6%		2266.1	9.0%		2102.6	17.4%
A11Q2S6-H	2601.0	2559.9	−1.6%	2339.8	11.2%		2392. 9	8.7%		2216.0	17.4%
A12Q2S6-+	2623.3	2546.3	−2.9%	2318.8	13.1%		2367.3	10.8%		2193.0	19,6%

Какую арматуру лучше выбрать композитную или стальную?

Композитная арматура для фундамента: какая лучше

Необходимые сведения для выбора

Виды композита

Отличия от стали

Особенности работы с композитом

Применение в сейсмоопасных районах

Арматура композитная или железная ???? какая лучше для фундамента: какую выбрать?

Расчет толщины сечения

Поперечная и вертикальная

Продольная

Пример

Виды и марки арматуры

Таблица замены арматур

Количество метров арматуры в 1 тонне

Количество килограммов арматуры в 1 километре

Расчет для свайного основания

Соединение арматуры

Армирование при возведении ленточного фундамента

Армирование при строительстве буронабивного основания

Армирование для плитного фундамента

Виды арматуры

Материалы

Вес: сравнительная таблица

Related Posts via Categories

Немного о технологии связки

Сколько нужно прутка

Плюсы и минусы строительной композитной арматуры

Подведем итог

Любопытный факт — арматура в бухтах!

Проверьте также

Стеклопластиковая арматура для фундамента: отзывы специалистов

Почему появилась стеклопластиковая арматура на строительном рынке

Отзывы специалистов, преимущества и недостатки композитной нитки

Использование стеклопластикового прутка в фундаменте

Варианты применения стеклоарматуры

Заключение

Стеклопластиковая арматура

Наши цены за 1 метр на 21 июня 2022:

Наши склады:

Ростов-на-Дону

Симферополь, Крым

Композитная арматура ПолиПласт

Стеклопластиковая арматура

Композитная арматура ПолиПласт

Стеклопластиковая арматура

Преимущества стеклопластиковой арматуры ПолиПласт

Почему стеклопластиковые материалы ПолиПласт лучше железных?

Упаковка стеклопластиковой арматуры ПолиПласт

Композитная арматура ПолиПласт

Заливаем бетон

Композитная арматура готова к укладке

Армируем площадку

Вяжем сетку

Форелевое хозяйство

Арматура композитная полимерная ГОСТ 31938 — 2012

Стеклопластиковая арматура ТУ 2296-001-26968101-2016

Сетка композитная полимерная ТУ 22.29.29-001-23054178-2018

Пожарный сертификат соответствия НСОПБ.RU.ПР019/ 3.Н.01362

Пожарный сертификат соответствия НСОПБ.

Применение стеклопластиковой арматуры ПолиПласт

Этапы строительства

Композитная и стандартная стальная арматура

Композитные конструкции — SteelConstruction.info

Содержимое

[наверх]Проектирование композитных элементов и систем

[наверх]Как и почему работает композитная конструкция

[top]Типы составных балок

[верх] Нижние балки

[top]Решения для длинных пролетов

[вверх]Решения для неглубоких полов

[top]Композитные плиты

[top]Составные столбцы

[наверх]Композитные соединения

[наверх]Артикулы

[наверх]Дополнительная литература

[наверх] Ресурсы

[наверх] См. также

[вверх]Внешние ссылки

Что вам нужно знать

Арматура композитная полимерная
ГОСТ 31938 — 2012