тангенс угла наклона ее к оси е представляет собой мо» дуль упругости бетона т

Еб = tg ао = Сб/бу или Об = Ее Ву.

(1.8)

С увеличением напряжений вследствие развития деформаций ползучести угол наклона касательной к кривой а-е уменьшается. В произвольной точке тангенс угла наклона касательной к оси е является первой производной о по е

£e = tga =

doe dee

(1.9)

и называется модулем полных деформаций, или сокращенно модулем деформаций бетона. В отличие от начального модуля упругости Еб, характеризующего развитие упругих деформаций еу, модуль деформаций отражает развитие полных деформаций еа. Однако определить модуль деформации бетона трудно. Поэтому для практических расчетов железобетонных конструкций используют введенный В. И. Мурашевым средний модуль упругопластичности бетона, представляющей собой тангенс угла наклона секущей к кривой полных деформаций при заданном напряжении:

6 = tg«j =

(1.10) (1.11)

Отсюда модуль упругопластичности бетона Е можно найти, если известны Еб, еб и ву: приравнивая (1.8) и (1.11), получим

ЕеЕВс, (1.12)

откуда

6 = 6 (113)

Еб = Ех. (1.14)

Значение ey/e6=v называют коэффициентом упругости бетона,

с другой стороны, еу=еб-Сп. Тогда

86 - еп

= -5-=1-Л.

где Х = Рп/вв - коэффициент пластичности бетона. Окончательно

Ес = Е(1-Ц.

Используя формулу (1.11), получим ОбхЕсеб

им -li-

ов-(1-Я)Сбев.

(1.15)

(1.16)

(1.17)

Теоретически коэффициент упругости бетона может измени и>си н пределах от v=0 (для идеально пластических материалов) до v = l (для идеально упругих мате-риалон). Однако опыты показали, что при различных напряжениях и длительности действия нагрузки значения V практически изменяются от 0,3 до 0,9.

С увеличением напряжений и продолжительности нагружения коэффициент упругости v уменьшается. Значение модуля упругости с увеличением марки бетона возрастает. Из многочисленных эмпирических формул» предложенных для установления зависимости между модулем упругости и маркой для различных бетонов, можно привести наиболее распространенную формулу Графа для обычного (тяжелого) бетона при сжатии:

1.7-1-

Для обычного бетона марок 200-400 модуль упругости колеблется в пределах от 24 000 до 33 000 МПа, т.е. U 6-8 раз ниже модуля упругости стали.

На основании установленной в теории упругости за-ннсимости модуль сдвига для бетона

(1.19)

2(1+11)

I ПС ц - коэффициент Пуассона, т е. отношение относительной по-HipcMHofi деформации к продольной; для бетона ц»0,2.

Отсюда

G = 0,4£e.

(1.20) 31

§ 2. арматура

1. Механические спойства и виды стальной арматуры.

Арматура железобетонных конструкций состоит из рабочих стержней, которые ставят по расчету на действующие усилия, и монтажных, служащих для объединения рабочих стержней в арматурные сетки или каркасы (рис. 1.9).

Рассмотрим диаграмму растяжения мягкой стали (рис. 1.10). До предела пропорциональности ап.п Диаграмма представляет собой наклонную прямую линию. Это означает, что деформации удлинения е увеличиваются пропорционально напряжениям о, т. е. подчиняются закону Гука. Здесь наблюдаются только упругие деформации, которые после снятия нагрузки исчезают. Затем диаграмма искривляется и переходит в горизонтальную прямую. Это означает, что кроме упругих появились значительные пластические деформации и сталь течет без повышения напряжения. Горизонтальная прямая характеризует предел текучести стали От. Затем наступает зона упрочнения - сталь воспринимает все увеличивающееся напряжение, но в ней резко возрастают пластические деформации.

Миновав предел прочности Опч, образец разрушается. При повышении напряжения более чем От, затем при разгрузке до О и последующем повышении напряжения выше От вследствие нарушения структуры металла происходит так называемый наклеп - сталь становится более прочной, но менее пластичной. Таким образом, повышается и предел текучести стали. Наклеп используют для получения упрочненной (более прочной) стали с помощью вытяжки.

Арматурные стали по механическим свойствам подразделяют на мягкие, сопротивление которых в конструкции определяется пределом текучести От, и твердые, для которых основным показателем прочности является предел прочности Оп,.

Мягкая сталь пластична, на диаграмме имеет явно выраженную площадку текучести. Твердая сталь хрупка, она не течет, а переходит в пластичную стадию постепенно, и на диаграмме площадка текучести отсутствует (см. рис. 1.10). По технологии изготовления сталь для арматуры подразделяют на стержневую горячекатаную и проволочную холоднотянутую.

Итта

Рис. 1.9. Способы армирования железобетонных элемеитов

о - каркасами н сетками (гибкая арматура); б - схема контактной точечной сварки стержней арматуры; в - балка с жесткой арматурой; г - ко-лиииа с несущим арматурным каркасом; д" сиарной несущий арматурный каркас балки

Рис. 1.10. Диаграмма, о-е для разных видов стали

i -мягкой; 2 -твердой; 3 - упрочненной вытяж-Kuil

3-77

Стержневая сталь после прокатки может быть подвергнута упрочняющей обработке - термической или механической, например вытяжкой.

В зависимости от характера поверхности сталь может быть гладкой или периодического профиля (для улучшения сцепления с бетоном).

Механические свойства арматурных сталей зависят от технологии их выплавки и последующей обработки, а также от химического состава стали. Чтобы повысить прочность стали и уменьшить относительную деформацию, в ее состав вводят углерод (0,2-0,4%) и легирующие добавки (марганец, кремний, хром и др.) в количестве 0,6-2%. Этим достигается существенное увеличение прочности стали, но снижается пластичность и свариваемость.

2. Марки и классы арматурной стали. Арматурные изделия. Марки горячекатаных мягких сталей обозначают, как правило, их химический состав. Двузначные числа слева характеризуют среднее содержание углерода (в сотых долях процента), а буквы и цифры после них - содержание легирующих элементов: хрома X, марганца Г, кремния С, титана Т, циркония Ц.

Например, сталь марки 25Г2С содержит: 0,2-0,29% углерода 25; 1,2-1,6% марганца Г2; 0,6-0,9% кремния С1; хрома и меди не больше чем по 0,3%, поэтому в марке стали эти элементы не обозначены.

Стержневую арматуру подразделяют на классы: горячекатаная A-I, А-П, A-III, A-IV и A-V; термически упрочненная At-IV, At-V, Ai-VI, At-VII.

Сталь класса A-I (марка СтЗ) круглая (гладкая) диаметром 6-40 мм. Из-за относительно невысокого предела текучести (240 МПа) и гладкого профиля применять ее для рабочей арматуры не рекомендуется.

Сталь класса А-П диаметром 10-40 мм изготовляют из углеродистой стали марки Ст5, а диаметром 40-90 - из низколегированной стали марки 18Г2С.

Стержни периодического профиля различают по номерам. Номер стержня соответствует расчетному диаметру равновеликого по площади круглого стержня. Периодический профиль образуется часто расположенными выступами, идущими по трехзаходной винтовой линии с двумя продольными ребрами (рис. 1.11, а).

Минимальное значение предела текучести при растяжении стали класса А-П 300 МПа.

Сталь класса A-II1 (марок 25Г2С н 35ГС) периодического профиля с выступами, образующими «елочку» (риг. 1.11,6). прокатывают диаметром 6-40 мм; минимальное значение предела текучести 400 МПа.

Сталь класса A-IV (марок 20ХГ2Ц, 20ХГСТ, 80С) такого же периодического профиля, как сталь класса A-III, прокатывают диаметром 10-32 мм; минимальное значение предела текучести 600 МПа.

Рис. 1.11. Горячекатаная арматурная сталь периодического профиля

Сталь класса A-V (марки 23Х2Г2Т) такого же периодического профиля и тех же диаметров, как сталь класса A-III; минимальное значение предела текучести 800 МПа.

Для горячекатаной стали каждого класса установлены наименьшие значения удлинений при разрыве, %:

для стали класса A-I............. 25

» » » А-п............. 19

» » » A-III............. 14

» » » A-IV и A-V.......... 6

Для повышения предела текучести горячекатаные арматурные стали классов А-И и A-III в ряде случаев подвергают упрочнению вытяжкой с контролем напряжений и удлинений. Упрочненная сталь относится соответственно к классам А-Пв и А-Шв.

Предельные значения напряжений и удлинений при вытяжке арматуры ограничиваются следующими значениями: для класса А-Пв-450 МПа и 5.5%; A-IIU - 550 МПа и 3,5%.