Teräsbetoni ( saksa: Stahlbeton ) on betonista ja teräksestä koostuva rakennusmateriaali [1] . Joseph Monnierin [2] patentoima vuonna 1867 materiaaliksi kasveille tarkoitettujen ammeiden valmistukseen.
Vuonna 1895 vauhdittaakseen kirkon rakentamista Neitsyt Marian taivaaseenastumisen kunniaksi Pietarissa Vasiljevskin saarella siviiliarkkitehti V. A. Kosyakov päätti käyttää tiilen sijasta teräsbetonia rakennuksen rakentamiseen. pääkaaret, ja jo 18. (30.) joulukuuta 1897 Pääkäytävä
Vuonna 1912 rakennettiin Venäjän ensimmäinen teräsbetonirakennelma, Rybinsk Tower .
Teräsbetonin teorian kehitys Venäjällä 1900-luvun ensimmäisellä puoliskolla liittyy nimiin A. F. Loleit , A. A. Gvozdev , V. V. Mikhailov , M. S. Borishansky, A. P. Vasiliev, V. I. Murashev, P L. Pasternak , Ya. V. Stolyarov , O. Ya. Berg ja muut.
Teräsbetonista tuli 1900-luvulla yleisin rakentamisen materiaali (ks. Pietro Nervi ) ja sillä oli merkittävä rooli modernismin ja funktionalismin kaltaisten arkkitehtonisten suuntausten kehityksessä .
Teräsbetonirakenteiden positiivisia ominaisuuksia ovat:
Teräsbetonirakenteiden haittoja ovat:
Tarjolla on esivalmistettua teräsbetoni (teräsbetonirakenteet valmistetaan tehtaalla ja asennetaan sitten valmiiksi rakenteeksi) ja monoliittinen teräsbetoni (betonointi tehdään suoraan työmaalla) sekä elementti-monoliittinen (elementtirakenteita käytetään mm. muotti vasemmalle - monoliittisten ja esivalmistettujen rakenteiden edut yhdistetään ).
Venäjällä on tapana laskea teräsbetonielementit: 1. ja 2. rajatilaryhmän mukaan:
Teräsbetonirakenteiden laskentatehtävät 1. rajatilaryhmälle ovat:
Rakenteiden vahvistaminen suoritetaan pääsääntöisesti erillisillä terästankoilla tai -verkoilla, kehyksillä. Tankojen halkaisija ja niiden sijainnin luonne määritetään laskelmilla. Tässä tapauksessa noudatetaan seuraavaa periaatetta - raudoitus asennetaan betonin venytetyille vyöhykkeille tai puristetuille vyöhykkeille, joiden lujuus ei ole riittävä, sekä rakenteellisista syistä.
Teräsbetonin taivutuselementtejä laskettaessa päätavoitteena on määrittää tarvittava työraudoituksen pinta-ala annettujen voimien mukaisesti (suora ongelma) tai määrittää elementin todellinen kantavuus annettujen geometristen ja lujuusparametrien mukaan. (käänteinen ongelma).
Työn luonteen mukaan erotetaan taivutuselementit ( palkit , laatat), keskeisesti ja epäkeskisesti puristetut elementit ( pilarit , keski- ja epäkeskisesti puristetut, venytetyt elementit (ristikkoelementit)).
Kun mitä tahansa elementtiä taivutetaan, siihen ilmestyy puristettu ja venytetty vyöhyke (katso kuva), taivutusmomentti ja poikittaisvoima. Taivutetut teräsbetonielementit lasketaan pääsääntöisesti seuraavan tyyppisten osien lujuuden mukaan:
Tyypillisessä tapauksessa palkin vahvistus suoritetaan pitkittäis- ja poikittaisraudoituksella (katso kuva).
Suunnitteluelementit:
Ylävahvike voidaan venyttää ja alinta puristaa, jos ulkoinen voima vaikuttaa vastakkaiseen suuntaan.
Tärkeimmät suunnitteluparametrit:
Jännitysvyöhykkeelle asennettu raudoitus (2) vahvistaa teräsbetonielementtiä, jossa betoni ominaisuuksiensa vuoksi sortuu nopeasti venyessään. Vahvike (1) asennetaan yleensä puristetulle alueelle ilman laskelmia (koska siihen on hitsattava poikittaisraudoitus), harvoissa tapauksissa ylempi raudoitus vahvistaa puristettua betonivyöhykettä. Vetoraudoitus ja puristettu betonivyöhyke (ja joskus puristusraudoitus) antavat elementin lujuuden normaaleissa osissa (katso kuva).
Poikittaisraudoitus (3) varmistaa vinojen tai avaruusprofiilien lujuuden (katso kuva).
Jakoarmatuurilla (4) on rakentava tarkoitus. Betonoitaessa se sitoo raudoituksen runkoon.
Elementin tuhoutuminen tapahtuu molemmissa tapauksissa johtuen betonin tuhoutumisesta vetojännityksen vaikutuksesta. Vahvike asennetaan vetojännityksen suuntaan elementin vahvistamiseksi.
Pienikorkuiset palkit ja laatat (enintään 150 mm) voidaan suunnitella ilman ylä- ja poikittaisraudoitusta.
Laatat vahvistetaan samalla periaatteella kuin palkit, vain leveys B laatan tapauksessa ylittää huomattavasti korkeuden H, pitkittäistankoja (1 ja 2) on enemmän, ne jakautuvat tasaisesti koko osan leveydelle.
Lujuuslaskelman lisäksi palkeille ja laatoille suoritetaan jäykkyyslaskenta (jännevälin keskellä oleva taipuma kuormituksen vaikutuksesta normalisoidaan) ja halkeamankestävyys (säröaukon leveys jännitysalueella normalisoidaan).
Kun pitkä elementti puristetaan kokoon, sille on ominaista stabiilisuuden menetys (katso kuva). Tässä tapauksessa puristetun elementin työn luonne muistuttaa jonkin verran taivutetun elementin työtä, mutta useimmissa tapauksissa elementissä ei esiinny venytettyä vyöhykettä.
Jos puristetun elementin taivutus on merkittävä, se lasketaan epäkeskisesti puristuneeksi. Epäkeskisesti kokoonpuristetun pilarin rakenne on samanlainen kuin keskellä puristetun pilarin, mutta pohjimmiltaan nämä elementit toimivat (ja ne lasketaan) eri tavoin. Elementti puristuu myös epäkeskisesti, jos siihen kohdistuu pystysuuntaisen voiman lisäksi merkittävä vaakasuora voima (esim. tuuli, maaperän paine tukiseinään).
Tyypillinen pilarivahvike on esitetty kuvassa.
kuvassa:1 - pituussuuntainen vahvistus
2 - poikittaisraudoitus
Puristetussa elementissä kaikki pitkittäisraudoitus (1) puristuu kokoon, se havaitsee puristuksen betonin mukana. Poikittaisraudoitus (2) varmistaa raudoitustankojen vakauden ja estää niiden nurjahduksen .
Pylväitä pidetään massiivina, jos niiden pienin poikkileikkaussivu on suurempi tai yhtä suuri kuin 400 mm. Massiivisilla osilla on kyky lisätä betonin lujuutta pitkäksi aikaa, toisin sanoen ottaen huomioon mahdollinen kuormituksen lisääntyminen tulevaisuudessa (ja jopa progressiivisen tuhon uhka - terrori-iskut, räjähdykset jne.) - niillä on etu ei-massiivisiin pylväisiin verrattuna. Että. hetkellisillä säästöillä ei ole mitään järkeä tulevaisuudessa, ja lisäksi pienet osat eivät ole teknisesti edistyksellisiä valmistuksessa. Talouden, rakenteen massan jne. välillä tarvitaan tasapaino. elämää vahvistava rakentaminen (Kestävä rakentaminen).
Teräsbetonirakenteiden tuotanto sisältää seuraavat teknologiset prosessit:
Esivalmistettujen teräsbetonirakenteiden ydin monoliitteihin verrattuna on, että rakenteet valmistetaan teräsbetonituotteiden (teräsbetonituotteet) tehtailla ja toimitetaan sitten rakennustyömaalle ja asennetaan suunnitteluasentoon. Betonielementtiteknologian tärkein etu on, että keskeiset teknologiset prosessit tapahtuvat tehtaalla. Tämä mahdollistaa korkean tuotantoajan ja rakenteiden laadun saavuttamisen. Lisäksi esijännitettyjen teräsbetonirakenteiden valmistus on mahdollista pääsääntöisesti vain tehtaalla.
Tehdasvalmistusmenetelmän haittana on kyvyttömyys tuottaa laajaa valikoimaa malleja. Tämä koskee erityisesti erilaisia valmistettujen rakenteiden muotoja, jotka rajoittuvat vakiomuotteihin. Itse asiassa vain massakäyttöä vaativia rakenteita valmistetaan teräsbetonitehtailla. Tämän seikan valossa betonielementtitekniikan laaja käyttöönotto johtaa useiden samantyyppisten rakennusten syntymiseen, mikä puolestaan johtaa rakennuskustannusten alenemiseen. Tällainen ilmiö havaittiin Neuvostoliitossa massarakentamisen aikana.
Betonitavaratehtaalla kiinnitetään paljon huomiota valmistuksen teknologiseen suunnitelmaan. Käytetään useita teknisiä järjestelmiä:
Kuljetin- ja virtauskiviteknologioissa käytetään muottimenetelmää.
Esijännitettyjen rakenteiden valmistuksessa käytetään kahta esijännityksen luomismenetelmää: jännitystä rajoittimissa ja jännitystä betonissa sekä kahta pääasiallista raudoituksen kiristysmenetelmää: sähkötermistä ja sähkötermomekaanista. Penkkiteknologian muunnelma on esijännitystä käyttävä muodoton muovaustekniikka ( BOF ). Muottilinjan varusteisiin kuuluvat:
Muovaukseen käytetään muovauskoneita, liukumuovaustekniikkaa, tärypuristus- ja ekstruusiotekniikkaa.
Monoliittisten teräsbetonirakenteiden valmistuksessa tulee ottaa huomioon, että raudoituksen fyysiset ja mekaaniset ominaisuudet ovat suhteellisen vakaat, mutta betonin samat ominaisuudet muuttuvat ajan myötä. Aina on löydettävä kompromissi suunnittelun ja suunnittelun reservien välillä (muotojen ja osien valinta - valinta luotettavuuden, "elämän", mutta massiivisten rakenteiden vakavuuden ja eleganssin, herkkyyden, keveyden, mutta "kuolleisuuden" välillä. " rakenteiden, joilla on suuri pintakerroin), kustannukset ja laadukkaat raaka-aineet, monoliittisten teräsbetonirakenteiden valmistuskustannukset, insinöörien ja teknisten työntekijöiden toiminnan ohjauksen vahvistaminen kaikissa vaiheissa, betonin hoitotoimenpiteiden osoittaminen, sen suojaaminen ajan myötä (luominen olosuhteet sen ominaisuuksien lisäämiseksi ajan myötä, mikä saattaa olla tarpeen siihen mennessä, kun toiminta alkaa vastustaa progressiivista tuhoa), säätämällä betonin peruslujuus- ja muodonmuutosominaisuuksien dynamiikkaa [5] [6] . Eli paljon riippuu siitä, kenen paikalta rakenteet ja teknologia suunnitellaan, työtä tehdään ja ohjataan ja mikä on etusijalla: luotettavuus ja kestävyys, taloudellisuus, valmistettavuus, käyttöturvallisuus, jatkokäyttömahdollisuus vahvistusten ja uudelleenrakentamisen kautta. , niin sanottua rationaalista lähestymistapaa, toisin sanoen päinvastaista suunnittelua (ensin mietitään, kuinka seuraavat sukupolvet ottavat sen kaiken osiin ja käyttävät uudelleen) [7] .
Teräsbetonirakenteiden suojaamiseksi käytetään erityisiä polymeerikoostumuksia teräsbetonin pintakerroksen eristämiseen negatiivisilta ympäristövaikutuksilta (kemialliset aineet, mekaaniset vaikutukset). Teräsbetonipohjan suojaamiseksi käytetään erilaisia suojarakenteita, jotka mahdollistavat mineraalipinnan käyttöominaisuuksien muuttamisen - lisäävät kulutuskestävyyttä, vähentävät pölyn erottumista, antavat koristeellisia ominaisuuksia (väri ja kiilto) ja parantavat kemiallista kestävyyttä. Teräsbetonipohjalle levitettävät polymeeripinnoitteet luokitellaan tyypeittäin: pölynpoistokyllästykset, ohutkerrospinnoitteet, itsetasoittuvat lattiat , erittäin täytetyt pinnoitteet.
Toinen tapa suojata teräsbetonirakenteita on pinnoittaa raudoitus sinkkifosfaatilla [8] . Sinkkifosfaatti reagoi hitaasti syövyttävän kemikaalin (esim. alkalin) kanssa muodostaen pysyvän apatiittipinnoitteen .
Teräsbetonirakenteiden suojaamiseksi veden ja aggressiivisten ympäristöjen vaikutuksilta käytetään myös tunkeutuvaa vedeneristystä , joka muuttaa betonin rakennetta, lisää sen vedenkestävyyttä, mikä estää betonirakenteiden tuhoutumisen ja raudoituksen korroosion .
Komposiiteilla olevaa raudoitusta käytetään tankoelementtien pitkittäis- ja poikittaisraudoittamiseen, vahvistavien lujitekuorien luomiseen pylväisiin ja siltojen, ylikulkukäytävien, pilarikonsolien tukiin, laattojen, kuorien, ristikkoelementtien ja muiden rakenteiden vahvistamiseen.
SovellushistoriaEnsimmäinen suuri laitos Venäjällä, jossa käytettiin raudoitusta komposiittimateriaaleilla (erityisesti kuituvahvistettu muovi - FAP-vahvistus), oli kolmannen kuljetusrenkaan ylikulkusilta Moskovassa vuonna 2001 [9] .
Komposiittimateriaalien käytöllä on seuraavat edut:
Järkevä vahvistusaste FAP-järjestelmän avulla on 10-60 % vahvistetun rakenteen alkuperäisestä kantavuudesta [10] . Lujitemateriaalin adheesiolujuus on valtaosassa tapauksista suurempi kuin yleisimpien rakennebetonien vetolujuus (luokkaan B60 asti).
Nykyaikaisten materiaalien ja tekniikoiden käyttö ulkoisen raudoituksen kiinnittämiseen, kun rakennustyöt on valvottu asianmukaisesti, käytännössä eliminoi mahdollisuuden rakenteen delaminaatioon FAP-betonirajaa pitkin.
Numeerinen koe, jossa betonin työskentely näytettiin Williamin ja Warnken lujuuskriteerillä, osoitti, että FRP:n osuus kaltevan osan kokonaislujuudesta riippuu suurelta osin teräksisellä poikittaisraudoituksella olevan raudoituksen läsnäolosta ja prosenttiosuudesta. Teräsraudoituksella vahvistuksen prosenttiosuuden kasvaessa raudoitusjärjestelmän tehokkuus laskee. Vahvistetun palkin pääasiallinen tuhoutumistyyppi on pohjabetonin puhkaisu alkaen ulkoisten raudoituspuristimien vapaista päistä [11] .
Ulkopuoliset vahvistusjärjestelmät ovat hiilimateriaalien, polymeeristen sideaineiden, erikoispohjusteiden, kittien ja korjausseosten sarjoja, jotka on tarkoitettu rakennusrakenteiden rakenteelliseen vahvistamiseen: teräsbetoni, tiili, kivi tai puu. Tämän menetelmän ydin on lisätä niiden elementtien lujuutta, jotka havaitsevat kuormituksia rakennusten ja rakenteiden käytön aikana, käyttämällä hiilikankaita, lamelleja ja verkkoja. Rakennusrakenteiden vahvistaminen hiilikuidulla lisää kantavuutta muuttamatta kohteen rakennekaaviota.
Hiilikuidulla tehdyn rakennevahvistuksen edut ![]() | ||||
---|---|---|---|---|
Sanakirjat ja tietosanakirjat | ||||
|