Förstärkt betong

Den aktuella versionen av sidan har ännu inte granskats av erfarna bidragsgivare och kan skilja sig väsentligt från versionen som granskades den 24 september 2022; verifiering kräver 1 redigering .

Armerad betong ( tyska:  Stahlbeton ) är ett byggnadsmaterial som består av betong och stål [1] . Patenterad 1867 av Joseph Monnier [2] som ett material för tillverkning av baljor för växter.

Historik

År 1895, för att påskynda byggprocessen av kyrkan för att hedra den heliga jungfru Marias antagande i St. Petersburg på Vasilyevsky Island, beslutade civilarkitekten V. A. Kosyakov att använda armerad betong istället för tegel för att bygga huvudbågar, och redan den 18 december  (30)  1897, Huvudgången

1912 byggdes den första armerade betongkonstruktionen i Ryssland, Rybinsk-tornet .

Utvecklingen av teorin om armerad betong i Ryssland under första hälften av 1900-talet är förknippad med namnen på A. F. Loleit , A. A. Gvozdev , V. V. Mikhailov , M. S. Borishansky, A. P. Vasiliev, V. I. Murashev, P L. Pasternak , Ya. Stolyarov , O. Ya Berg och andra.

Under 1900-talet blev armerad betong det vanligaste materialet i byggandet (se Pietro Nervi ) och spelade en betydande roll i utvecklingen av sådana arkitektoniska trender som modernism och funktionalism .

Egenskaper

De positiva egenskaperna hos armerade betongkonstruktioner inkluderar:

  1. hållbarhet ;
  2. låg kostnad - armerade betongkonstruktioner är mycket billigare än stål;
  3. brandmotstånd i jämförelse med stål;
  4. tillverkningsbarhet - det är lätt att få någon form av strukturen vid betong;
  5. kemisk och biologisk stabilitet;
  6. hög motståndskraft mot statiska och dynamiska belastningar.

Nackdelarna med armerade betongkonstruktioner inkluderar:

  1. låg hållfasthet med stor massa - betongens tryckhållfasthet är i genomsnitt 10 gånger mindre än stålets hållfasthet. I stora konstruktioner "bär" armerad betong mer av sin massa än nyttolast .

Det finns prefabricerad armerad betong (armerade betongkonstruktioner tillverkas i fabriken, monteras sedan i en färdig struktur) och monolitisk armerad betong (betongning utförs direkt på byggplatsen), samt prefabricerade monolitiska (prefabricerade strukturer används som en formsättning kvar - fördelarna med monolitiska och prefabricerade strukturer kombineras ).

Grundläggande principer för design och beräkning av armerade betongkonstruktioner

I Ryssland är det vanligt att beräkna armerade betongelement: enligt den första och andra gruppen av gränstillstånd:

  1. genom bärighet (styrka, stabilitet, utmattningsbrott);
  2. lämplighet för normal användning (frakturmotstånd, överdrivna nedböjningar och rörelser).

Uppgifterna med att beräkna armerade betongkonstruktioner för den första gruppen av gränstillstånd inkluderar:

  1. kontrollera styrkan hos strukturer (normala, lutande, rumsliga sektioner);
  2. verifiering av strukturen för uthållighet (under verkan av flera upprepad belastning);
  3. kontroll av strukturernas stabilitet (form och position).

Förstärkning av strukturer utförs som regel med separata stålstänger eller maskor, ramar. Diametern på stavarna och arten av deras placering bestäms av beräkningar. I det här fallet observeras följande princip - förstärkning installeras i sträckta zoner av betong eller i komprimerade zoner med otillräcklig styrka hos den senare, såväl som av strukturella skäl.

Vid beräkning av armerade betongböjningselement är huvudmålet att bestämma den erforderliga arean av arbetsarmeringen i enlighet med de givna krafterna (direkta problem) eller att bestämma elementets faktiska bärförmåga enligt de givna geometriska och hållfasthetsparametrarna (omvänt problem).

Genom arbetets natur särskiljs böjningselement ( balkar , plattor), centralt och excentriskt komprimerade element ( pelare , centralt och excentriskt komprimerade, sträckta element (fackverkselement).

Böjningselement (balkar, plattor)

När något element böjs uppstår en komprimerad och sträckt zon i den (se figur), ett böjmoment och en tvärkraft. Böjda armerade betongelement beräknas som regel enligt styrkan hos följande typer av sektioner:

  1. längs normala sektioner - sektioner vinkelräta mot den längsgående axeln, från verkan av ett böjmoment,
  2. längs lutande sektioner - under inverkan av tvärkrafter (skärning eller krossning av den komprimerade zonen av betong), längs en lutande remsa mellan lutande sektioner (sprickor), från verkan av ett moment i en lutande sektion.

I ett typiskt fall utförs förstärkningen av balken genom längsgående och tvärgående förstärkning (se figur).

Designelement:

  1. Övre (komprimerad) förstärkning
  2. Nedre (sträckt) förstärkning
  3. Tvärförstärkning
  4. Fördelningsbeslag

Den övre armeringen kan sträckas och den nedre komprimeras om den yttre kraften verkar i motsatt riktning.

Huvuddesignparametrar:

  1. L är spännvidden för en balk eller platta, avståndet mellan två stöd. Vanligtvis sträcker sig från 3 till 25 meter
  2. H är höjden på sektionen. Med ökande höjd ökar strålens styrka i proportion till H²
  3. B - sektionsbredd
  4. a - skyddande lager av betong. Fungerar för att skydda beslag från miljöpåverkan
  5. s är steget för den tvärgående förstärkningen.

Armering (2), installerad i spänningszonen, tjänar till att stärka det armerade betongelementet, betongen i vilken på grund av sina egenskaper snabbt kollapsar när den sträcks. Armering (1) installeras vanligtvis i den komprimerade zonen utan beräkning (på grund av behovet av att svetsa tvärgående armering till den), i sällsynta fall stärker den övre armeringen den komprimerade betongzonen. Dragarmeringen och den komprimerade betongzonen (och ibland kompressionsarmeringen) ger elementets hållfasthet i normala sektioner (se figur).

Den tvärgående förstärkningen (3) används för att säkerställa styrkan hos lutande eller rumsliga sektioner (se figur).

Fördelningsankaret (4) har ett konstruktivt syfte. Vid gjutning binder den ihop armeringen till en ram.

Förstörelsen av elementet i båda fallen sker på grund av förstörelsen av betong genom dragspänningar. Armeringen monteras i dragspänningarnas riktning för att stärka elementet.

Balkar och plattor med liten höjd (upp till 150 mm) kan utformas utan att installera topp- och tvärförstärkning.

Plattor är förstärkta enligt samma princip som balkar, bara bredden B i fallet med en platta överstiger väsentligt höjden H, det finns fler längsgående stavar (1 och 2), de är jämnt fördelade över hela sektionens bredd.

Förutom hållfasthetsberäkningen, för balkar och plattor, utförs styvhetsberäkningen (nedböjning i mitten av spännvidden under inverkan av en last normaliseras) och sprickmotstånd (spricköppningsbredden i spänningszonen är normaliserad).

Komprimerade element (kolumner)

När ett långt element komprimeras kännetecknas det av en förlust av stabilitet (se figur). I detta fall påminner arten av det komprimerade elementets arbete något om arbetet med ett böjt element, men i de flesta fall uppträder inte en sträckt zon i elementet.

Om böjningen av det komprimerade elementet är signifikant, beräknas det som excentriskt komprimerat. Utformningen av en excentriskt komprimerad kolonn liknar den för en centralt komprimerad, men i huvudsak fungerar (och beräknas) dessa element på olika sätt. Elementet kommer också att komprimeras excentriskt om, förutom den vertikala kraften, en betydande horisontell kraft verkar på det (till exempel vind, marktryck på stödmuren).

En typisk pelarförstärkning visas i figuren.

på bilden:

1 - längsgående förstärkning
2 - tvärförstärkning

I det sammanpressade elementet är all längsgående armering (1) sammanpressad, den uppfattar sammantryckning tillsammans med betong. Den tvärgående förstärkningen (2) säkerställer armeringsjärnens stabilitet och förhindrar att de bucklas .

Kolumner anses vara massiva om vars minsta tvärsnittssida är större än eller lika med 400 mm. Massiva sektioner har förmågan att öka betongens hållfasthet under lång tid, det vill säga med hänsyn till den möjliga ökningen av belastningar i framtiden (och till och med hotet om progressiv förstörelse - terroristattacker, explosioner etc.) - de har en fördel jämfört med icke-massiva kolonner. Den där. tillfälliga besparingar idag är inte vettiga i framtiden, och dessutom är små sektioner inte tekniskt avancerade i tillverkningen. Det behövs en balans mellan ekonomi, strukturens massa osv. livsbejakande konstruktion (Hållbart byggande).

Tillverkning av armerade betongkonstruktioner

Produktionen av armerade betongkonstruktioner inkluderar följande tekniska processer:

  1. Armaturförberedelse
  2. Formsättning
  3. Förstärkning
  4. gjutning
  5. Härdning av betongvård

Tillverkning av prefabricerade betongkonstruktioner

Kärnan i prefabricerade armerade betongkonstruktioner, kontra monolitiska, är att strukturerna tillverkas på fabrikerna av armerade betongprodukter (armerade betongprodukter), och sedan levereras till byggarbetsplatsen och monteras i designposition. Den främsta fördelen med prefabricerad betongteknik är att de viktigaste tekniska processerna äger rum i anläggningen. Detta gör det möjligt att uppnå höga hastigheter vad gäller produktionstid och kvalitet på strukturer. Dessutom är tillverkning av förspända armerade betongkonstruktioner möjlig som regel endast i fabriken.

Nackdelen med fabrikstillverkningsmetoden är oförmågan att producera ett brett utbud av mönster. Detta gäller särskilt för olika former av tillverkade strukturer, som är begränsade till standardformar. Faktum är att endast strukturer som kräver massapplicering tillverkas på armerad betongfabriker. Mot bakgrund av denna omständighet leder det utbredda införandet av prefabricerad betongteknik till uppkomsten av ett stort antal byggnader av samma typ, vilket i sin tur leder till en minskning av byggkostnaderna. Ett sådant fenomen observerades i Sovjetunionen under masskonstruktionsperioden.

Mycket uppmärksamhet vid betongvarufabriken ägnas åt det tekniska tillverkningsschemat. Flera tekniska system används:

  1. transportörsteknik. Element tillverkas i formar som rör sig från en enhet till en annan. Teknologiska processer utförs sekventiellt när formen rör sig.
  2. Flödesaggregatteknologi Teknologiska operationer utförs i lämpliga avdelningar av anläggningen, och formuläret med produkten flyttas från en enhet till en annan med kranar.
  3. Stativteknik. Produkter i tillverkningsprocessen förblir orörliga och ballasten rör sig längs fasta former.

I teknik för transportörer och flödesaggregat används formsättningsmetoden.

För tillverkning av förspända strukturer används två metoder för att skapa förspänning: spänning på stopp och spänning på betong, samt två huvudmetoder för spännarmering: elektrotermisk och elektrotermomekanisk. En variant av bänktekniken är den formlösa formningstekniken ( BOF ) som använder förspänning. Utrustning för formningslinje inkluderar:

Formningsmaskiner för formlös formning används, glidformningsteknik, vibrokompression och extruderingsteknik.

Tillverkning av monolitiska armerade betongkonstruktioner

Vid tillverkning av monolitiska armerade betongkonstruktioner bör det beaktas att armeringens fysiska och mekaniska egenskaper är relativt stabila, men samma egenskaper hos betong förändras över tiden. Det är alltid nödvändigt att hitta en kompromiss mellan reserverna i design och design (valet av former och sektioner - valet mellan tillförlitlighet, "liv", men svårighetsgraden av massiva strukturer och mellan elegans, delikatess, lätthet, men "dödhet" " av strukturer med en stor ytmodul), kostnad och kvalitet på råvaror, kostnaden för tillverkning av monolitiska armerade betongkonstruktioner, förstärkning av operativ kontroll av ingenjörer och tekniska arbetare i alla skeden, tilldela åtgärder för att ta hand om betong, skydda den över tid (skapa villkor för att öka dess egenskaper över tid, vilket kan vara nödvändigt när operationen börjar motstå progressiv förstörelse), styra dynamiken hos en uppsättning grundläggande styrka och deformationsegenskaper hos betong [5] [6] . Det vill säga mycket beror på från vems position strukturer och teknik utformas, arbete utförs och kontrolleras, och vad som sätts i främsta rummet: tillförlitlighet och hållbarhet, ekonomi, tillverkningsbarhet, driftsäkerhet, möjlighet till vidare tillämpning genom förstärkningar och ombyggnader. , det så kallade ett rationellt tillvägagångssätt, det vill säga att designa från motsatsen (först tänker vi på hur nästa generationer ska ta isär allt och återanvända det) [7] .

Skydd av armerade betongkonstruktioner med polymera material

För att skydda armerade betongkonstruktioner används speciella polymerkompositioner för att isolera ytskiktet av armerad betong från negativ miljöpåverkan (kemiska medel, mekanisk påverkan). För att skydda den armerade betongbasen används olika typer av skyddsstrukturer, som gör det möjligt att modifiera mineralytans driftsegenskaper - öka slitstyrkan, minska dammavskiljningen, ge dekorativa egenskaper (färg och glans) och förbättra kemisk beständighet. Polymerbeläggningar som appliceras på armerade betongbaser klassificeras efter typer: avdammningsimpregnering, tunnskiktsbeläggning, självutjämnande golv , högfyllda beläggningar.

En annan metod för att skydda armerade betongkonstruktioner är att belägga armeringen med zinkfosfat [8] . Zinkfosfat reagerar långsamt med en frätande kemikalie (t.ex. alkali) för att bilda en permanent apatitbeläggning .

För att skydda armerade betongkonstruktioner från effekterna av vatten och aggressiva miljöer används också penetrerande vattentätning , vilket modifierar betongens struktur, ökar dess vattenbeständighet, vilket förhindrar förstörelse av betongkonstruktioner och korrosion av armering .

Förstärkning och restaurering av armerade betongkonstruktioner med kompositmaterial

Användningen av kompositmaterial för att förstärka armerade betongkonstruktioner

Armering med kompositer används för längsgående och tvärgående förstärkning av stångelement, för att skapa förstärkande förstärkningsskal på pelare och stöd av broar, övergångar, pelarkonsoler, för att förstärka plattor, skal, fackverkselement och andra strukturer.

Applikationshistorik

Den första stora anläggningen i Ryssland där förstärkning med kompositmaterial användes (särskilt fiberförstärkt plast - FAP-armering) var överfarten till den tredje transportringen i Moskva 2001 [9] .

Användningen av kompositmaterial har följande fördelar:

  • förhindrar sprickbildning;
  • hjälper till att undvika förekomsten av induktionsströmmar (förstärkning av transformatorstationen utan användning av metall vid Stausee Kapruns pumpkraftverk);
  • korrosionsbeständighet;
  • ingen störning av signalöverföringen på järnvägen;
  • brist på uppvärmning på grund av induktionsflöden nära växelströmbrytarna;
Exempel
  • distanser av huvudstrukturen för avledningskanalen i Kondopoga HPP, längs vilken järnvägen St. Petersburg-Murmansk passerar;
  • järnvägar vid vattenkraftskomplexet i Volga-delen av Rybinsks vattenkraftverk, vid dammarna i Saratov- och Bratsk-vattenkraftverken.
Konstruktion

Den rationella förstärkningsgraden med hjälp av FAP-systemet är intervallet 10-60 % av den förstärkta strukturens initiala bärighet [10] . Armeringsmaterialets vidhäftningshållfasthet är i de allra flesta fall högre än draghållfastheten för de vanligaste konstruktionsbetongerna (upp till klass B60) .

Användningen av moderna material och tekniker för att fästa extern förstärkning, med korrekt kvalitetskontroll av byggnadsarbeten, eliminerar praktiskt taget möjligheten av delaminering av strukturen längs FAP-betonggränsen.

Ett numeriskt experiment, där betongarbetet visades med hållfasthetskriteriet William och Warnke, visade att FRP:s bidrag till den lutande sektionens totala hållfasthet till stor del beror på närvaron och procentandelen av armering med tvärförstärkning av stål. Med en ökning av andelen armering med stålarmering minskar armeringssystemets effektivitet. Huvudtypen av förstörelse av den armerade balken är punkteringen av basbetongen, med början från punkterna för maximala huvuddragspänningar vid de fria ändarna av de yttre armeringsklämmorna [11] .

Extern förstärkning av armerade betongkonstruktioner med kolfiber

Externa förstärkningssystem  är uppsättningar av kolmaterial, polymera bindemedel, speciella primers, kitt och reparationsblandningar avsedda för strukturell förstärkning av byggnadskonstruktioner: armerad betong, tegel, sten eller trä. Kärnan i denna metod är att öka styrkan hos element som uppfattar belastningar under driften av byggnader och strukturer, med hjälp av koltyger, lameller och galler. Förstärkning av byggnadskonstruktioner med kolfiber ökar bärigheten utan att ändra objektets strukturella schema.

Fördelar med strukturell förstärkning med kolfiber
  • Minska den totala kostnaden för att reparera och förstärka byggnadsstrukturer;
  • Minskning av tidskostnader;
  • Minska arbetskostnader;
  • Förmåga att utföra arbete utan att stoppa driften av anläggningen;
  • Ökning av översynsperioden;
  • Låg egenvikt och förstärkningstjocklek;
  • Minimikrav på utrymme för arbete;
  • Motståndskraft mot aggressiva medier och korrosion;
  • Höga mekaniska egenskaper hos kolmaterial och hög vidhäftning till den förstärkta strukturen;
  • Inget svetsarbete.
Nackdelar med strukturell förstärkning med kolfiber
  • Höga materialkostnader;
  • Lim (lim) som inte är resistenta mot UV-strålar (bestäms genom att pudra med kvartssand på nylagt material);
  • Brandskydd av konstruktioner krävs.

Se även

Anteckningar

  1. ↑ Betong är inte en komposit, utan ett kompositmaterial.
  2. ↑ Armerad betong // Kazakstan. Nationalencyklopedin . - Almaty: Kazakiska uppslagsverk , 2005. - T. II. — ISBN 9965-9746-3-2 .  (CC BY SA 3.0)
  3. ↑ 1 2 3 Salamahin P.M., Popov V.I. . Väg- och stadsbroar i Ryssland . — M .: MADI , 2017. — 124 sid.  - S. 34.
  4. ↑ Sobory.ru  (otillgänglig länk)
  5. ↑ "Analys av tekniska faktorer som härrör från konstruktionen av vertikala strukturer av rammonolitiska byggnader" Arkivkopia daterad 23 september 2015 på Wayback Machine , Bulavitsky M.S.
  6. ↑ Heterogenitet i fördelningen av egenskaperna hos tung betong över volymen av vertikala monolitiska element . Hämtad 1 juli 2010. Arkiverad från originalet 23 september 2015.
  7. ↑ Plats för experimentella och teoretiska verk av M. Bulavytskyi . Hämtad 5 maj 2010. Arkiverad från originalet 28 maj 2013.
  8. ↑ "Effekt av kemisk omvandlingsbeläggning av zinkfosfat på korrosionsbeteendet hos mjukt stål i alkaliskt medium: skydd av armeringsjärn i armerad betong" Sci. Technol. Adv. mater. 9 (2008) 045009 gratis nedladdning
  9. ↑ Yushin A. V. Styrkan hos lutande sektioner av armerade betongkonstruktioner med flera spann förstärkta med fiberarmerad plast. Abstrakt dis. … cand. de där. Vetenskaper: 05.23.01 / Yushin, Alexey Vladimirovich; SpbGASU. - St Petersburg, 2014. - 17 sid. Abstrakt dis. …cand. tech. nauk : 05.23.01 / Jushin, Aleksej Vladimirovich; SpbGASU. - SPb., 2014. - 17 s
  10. ↑ punkt 1.4. STO NOSTROY 2.6.90-2013. Användning i byggnadsbetong och geotekniska strukturer av icke-metallisk kompositarmering. M.: Filial av JSC TsNIIS "Research Center "Tunnlar och tunnelbanor"", 2012. 130 sid. // STO Nostroy - 43. Primenenie v stroitel'nyh betonnyh i geotekhnicheskih konstrukciyah nemetallicheskoy kompozitnoy armatury. Moskva: Filial OAO CNIIS "NIC "Tonneli i metropoliteny"", 2012. 130 s.
  11. ↑ Yushin A. V., Morozov V. I. // Analys av spännings-töjningstillståndet för armerade betongbalkar med två spann förstärkta med kompositmaterial längs en lutande sektion, med hänsyn till olinjäritet / Moderna problem med vetenskap och utbildning - nr 5 2014.

Litteratur

Referenslitteratur

Normativ litteratur

  • SP 63.13330.2012 Konstruktioner av betong och armerad betong. Grundläggande bestämmelser. Uppdaterad utgåva av SNiP 2003-01-52.
  • SP 27.13330.2011 Konstruktioner av betong och armerad betong konstruerade för att fungera under förhöjda och höga temperaturer. Uppdaterad utgåva av SNiP 2.03.04-84.
  • SP 41.13330.2012 Betong- och armerade betongkonstruktioner av hydrauliska konstruktioner. Uppdaterad utgåva av SNiP 2.06.08-87.
  • SP 52-101-2003 Betong- och armerade betongkonstruktioner utan spännarmering.
  • SNiP 52-01-2003 Betong- och armerade betongkonstruktioner. Grundläggande bestämmelser.
  • SP 52-110-2009 Betong- och armerade betongkonstruktioner utsatta för processförhöjda och höga temperaturer.
  • SNiP 2.03.02-86 Betong- och armerade betongkonstruktioner av tät silikatbetong.
  • GOST 28570-90 Betong. Metoder för att bestämma styrkan hos prover tagna från strukturer.
  • GOST 17625-83 Design och armerade betongprodukter. Strålningsmetod för att bestämma tjockleken på det skyddande skiktet av betong, storleken och placeringen av armeringen.
  • GOST 22904-93 Armerade betongkonstruktioner. Magnetisk metod för att bestämma tjockleken på det skyddande skiktet av betong och platsen för förstärkning.
  Gå till Wikidata-objektet  Tematiska platser
Ordböcker och uppslagsverk