Железобетонные конструкции. 12

 

 

 

	CОДЕРЖАНИЕ
	ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………..	4
1	Железобетонные конструкции…………………………………………...	5
1.1	Виды строительных конструкций……………………………………….	5
1.2	Классификация железобетонных конструкции…………………………	6
1.3	Технические характеристики железобетонных конструкции………….	9
1.4	Область применения железобетонных конструкций…………………...	12
2	Испытания………………..………………………………………………..	14
2.1	Классификация  испытаний………………………………………………	14
2.2	Испытания железобетонных конструкции по ГОСТам………………...	16
3	Разработка методики испытании железобетонных конструкции на прочности, жесткости и трещиностойкости …………………………….	21
3.1	Оборудование и приборы для испытания………………………………..	21
3.2	Отбор изделий для испытаний……………………………………………	25
3.3	Проведение испытаний……………………………………………………	26
3.4	Обработка и оценка результатов испытаний…………………………….	30
	Заключение…………………………………………………………………	34
	Используемые литературы………………………………………………...	35
	Приложения………………………………………………………………...	36

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Существенное повышение качества строительных материалов, изделий и конструкций может быть достигнуто при условии совершенствования производства и методов контроля качества на всех этапах строительного производства.

Испытания как основная форма контроля железобетонных конструкции представляют собой экспериментальное определение количественных и качественных показателей свойств изделия как результата воздействия на него при его функционировании, а также при моделировании объекта. К основным целям испытаний можно отнести:

а) выбор оптимальных конструктивно-технологических решений при создании новых изделий;

б) доводку изделий до необходимого уровня качества;

в) объективную оценку качества изделий при их постановке на производство и в процессе производства;

г) гарантирование качества изделий при международном товарообмене.

Испытания служат эффективным средством повышения качества, так как позволяют выявить:

а) недостатки железобетонных конструкции, приводящие к срыву выполнения заданных функций в условиях эксплуатации;

б) отклонения от выбранной конструкции или принятой технологии;

в) скрытые дефекты материалов или элементов конструкции, не поддающиеся обнаружению существующими методами технического контроля;

г) резервы повышения качества и надежности разрабатываемого конструктивно-технологического варианта изделия.

По результатам испытаний изделий в производстве разработчик устанавливает причины снижения качества.

В данной работе рассматривается классификация основных видов испытаний железобетонных конструкции и порядок их проведения. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Железобетонные конструкции

 

1.1 Виды строительных конструкций

 

Строительные конструкции, несущие и ограждающие конструкции зданий и сооружений.

Разделение строительных конструкции по функциональному назначению на несущие и ограждающие в значительной мере условно. Если такие конструкции, как арки, фермы или рамы, являются только несущими, то панели стен и покрытий, оболочки, своды, складки и т.п. обычно совмещают ограждающие и несущие функции, что отвечает одной из важнейших тенденций развития современных строительных конструкции В зависимости от расчётной схемы несущие строительных конструкции подразделяют на плоские (например, балки, фермы, рамы) и пространственные (оболочки, своды, купола и т.п.). Пространственные конструкции характеризуются более выгодным (по сравнению с плоскими) распределением усилий и, соответственно, меньшим расходом материалов; однако их изготовление и монтаж во многих случаях оказываются весьма трудоёмкими. Новые типы пространственных конструкций, например структурные конструкции из прокатных профилей на болтовых соединениях, отличаются как экономичностью, так и сравнительной простотой изготовления и монтажа. По виду материала различают следующие основные типы Строительных конструкции: бетонные и железобетонные (см. Железобетонные конструкции и изделия), стальные конструкции, каменные конструкции, деревянные конструкции.

Бетонные и железобетонные конструкции — наиболее распространённые (как по объёму, так и по областям применения). Для современного строительства особенно характерно применение железобетона в виде сборных конструкций индустриального изготовления, используемых при возведении жилых, общественных и производственных зданий и многих инженерных сооружений. Рациональные области применения монолитного железобетона — гидротехнические сооружения, дорожные и аэродромные покрытия, фундаменты под промышленное оборудование, резервуары, башни, элеваторы и т.п. Специальные виды бетона и железобетона используют при строительстве сооружений, эксплуатируемых при высоких и низких температурах или в условиях химически агрессивных сред (тепловые агрегаты, здания и сооружения чёрной и цветной металлургии, химической промышленности и др.). Уменьшение массы, снижение стоимости и расхода материалов в железобетонных конструкциях возможны на основе использования высокопрочных бетонов и арматуры, роста производства предварительно напряженных конструкций, расширения областей применения лёгких и ячеистых бетонов.

Стальные конструкции применяются главным образом для каркасов большепролётных зданий и сооружений, для цехов с тяжёлым крановым оборудованием, домен, резервуаров большой ёмкости, мостов, сооружений башенного типа и др. Области применения стальных и железобетонных конструкций в ряде случаев совпадают. При этом выбор типа конструкций производится с учётом соотношения их стоимостей, а также в зависимости от района строительства и местонахождения предприятий строительной индустрии. Существенное преимущество стальных конструкций (по сравнению с железобетонными) — их меньшая масса. Этим определяется целесообразность их применения в районах с высокой сейсмичностью, труднодоступных областях Крайнего Севера, пустынных и высокогорных районах и т.п. Расширение объёмов применения сталей высокой прочности и экономичных профилей проката, а также создание эффективных пространственных конструкций (в т. ч. из тонколистовой стали) позволят значительно снизить вес зданий и сооружений.

Основное направление в развитии современных деревянных конструкций — переход к конструкциям из клеёной древесины. Возможность индустриального изготовления и получения конструктивных элементов необходимых размеров посредством склеивания определяет их преимущества по сравнению с деревянными конструкциями др. видов. Несущие и ограждающие клеёные конструкции находят широкое применение в с.-х. строительстве.

Требования, предъявляемые к строительных конструкции с точки зрения эксплуатационных требований строительных конструкции должны отвечать своему назначению, быть огнестойкими и коррозиеустойчивыми, безопасными, удобными и экономичными в эксплуатации. Масштабы и темпы массового строительства предъявляют к строительных конструкции требования индустриальности их изготовления (в заводских условиях), экономичности (как по стоимости, так и по расходу материалов), удобства транспортировки и быстроты монтажа на строительном объекте. Особое значение имеет снижение трудоёмкости — как при изготовлении Строительных конструкции, так и в процессе возведения из них зданий и сооружений. Одна из важнейших задач современного строительства — снижение массы Строительных конструкции на основе широкого применения лёгких эффективных материалов и совершенствования конструктивных решений.

 

1.2 Классификация железобетонных конструкции

 

Современные железобетонные конструкции классифицируются по нескольким признакам: по способу выполнения (монолитные, сборные, сборно-монолитные), виду бетона, применяемого для их изготовления (из тяжёлых, лёгких, ячеистых, жаростойких и др. бетонов), виду напряжённого состояния (обычные и предварительно напряжённые).

Сборные конструкции. Под сборными понимают конструкции, возведение которых на строительной площадке производят из заранее изготовленных элементов. В целях повышения эффективности производства и качества продукции сборные элементы изготовляют на высокомеханизированных и автоматизированных предприятиях сборного железобетона, специализированных на выпуск определенного ассортимента изделий и конструкций.

При строительстве самых разнообразных зданий сборные железобетонные конструкции оказываются наиболее эффективными, так как их возведение не зависит от погодных условий. Они способствуют индустриализации и максимальной механизации строительства. Установлено, что 2,2...2,5 м3 сборного железобетона заменяют 1 т металлоконструкций. При этом стоимость железобетонных конструкций массового производства ниже, чем металлоконструкций.

Основной недостаток сборных конструкций заключается в трудоемкости, высокой стоимости и металлоемкости стыков их элементов, в снижении жесткости элементов и конструкций в целом вследствие нарушения общей пространственной неразрезности (статической неопределимости).

Монолитные конструкции. Под монолитными понимают конструкции, возведение которых осуществляют непосредственно на строительной площадке укладкой бетонной смеси (товарного бетона) в заранее приготовленную опалубку. В результате специфических недостатков их все более вытесняют сборные железобетонные конструкции.

Основные недостатки монолитного бетона:

1. сезонность работ;
2. устройство трудоемких и дорогостоящих опалубки и подмостей;
3. продолжительность сроков строительства, зависящая от длительности твердения бетона в естественных условиях;
4. низкая индустриализация строительства, объясняющаяся особенностями приготовления бетонной смеси, ее транспортирования и укладки, распалубки и т. д.

Удельный вес себестоимости и трудоемкости производства конструкций из монолитного железобетона по элементам затрат (включая стоимость материалов) приведен в таблице 1.

Из таблицы 1 видно, что основные резервы снижения стоимости монолитного железобетона заключаются в уменьшении расхода бетона и арматуры, опалубочных материалов, снижении трудоемкости опалубки, укладке бетонной смеси и уходе за бетоном.

Основное достоинство монолитных конструкций заключается в их пространственной неразрезности (высокой статической неопределенности), что обеспечивает монолитным конструкциям меньшую материалоемкость по сравнению с другими видами железобетонных конструкций, Именно поэтому они находят широкое применение при строительстве типовых и разнообразных уникальных зданий, возводимых индустриальным способом: передвижная, щитовая или блочная инвентарная или дешевая несъемная (из армоцемента, стеклоцемента) опалубка; унифицированные пространственные армокаркасы и крупные арматурные блоки, механизированное приготовление, подача и укладка бетона.

Таблица 1

Удельный вес себестоимости и трудоемкости производства конструкций из монолитного железобетона

Виды работ	Удельный вес, %
	По себестоимости	По трудоемкости
1	2	3
Опалубочные	18	41
Приготовление бетонной смеси	41	9
Арматурные	24	19
Транспортирование бетонной смеси	5	6
Укладка бетонной смеси	12	25

 

 

Конструкции, трудно поддающиеся членению, например бассейны для плавания, фундаменты под оборудование и сооружения с мощными динамическими нагрузками (турбогенераторы, молоты), фундаменты под прокатное оборудование и пр., тоже выполняют монолитными. В каждом случае применение монолитного железобетона должно быть экономически обосновано.

Сборно-монолитные конструкции. Под сборно-монолитными принято понимать комплексные конструкции, в которых сборный и монолитный железобетон, укладываемый на месте строительства, работает под нагрузкой как одно целое. Этого достигают надежным сцеплением сборных элементов с монолитным бетоном посредством выбора формы и размеров сборных элементов, насечки их поверхности, применения в необходимых случаях напрягаемой и ненапрягаемой арматуры, сварки закладных деталей и выпусков арматуры.

На поверхности контакта сборных элементов с монолитным бетоном предусматривают по расчету или конструктивно выпуск поперечной арматуры с надежной анкеровкой в дополнительно уложенном монолитном бетоне. Сборный железобетон в сборно-монолитных конструкциях одновременно является опалубкой для монолитного железобетона и воспринимает все нагрузки в монтажный период.

Сборно-монолитный железобетон удачно сочетает положительные качества сборного и монолитного железобетона, благодаря чему является весьма экономичным.

Сборные элементы позволяют возводить здания теми же индустриальными методами, что и при строительстве полносборных зданий, а монолитный железобетон — достигать их необходимой пространственной жесткости, что существенно снижает расход стали и бетона по сравнению с полносборными зданиями. В монолитных частях сборно-монолитных конструкций, работающих в основном на сжатие, можно широко использовать ячеистые и легкие бетоны на местных естественных или искусственных пористых заполнителях, что способствует облегчению конструкции и, следовательно, дальнейшему их удешевлению. Сборные элементы целесообразно применять предварительно напряженными.

 

1. 3 Технические характеристики железобетонных конструкции

 

К положительным качествам железобетонных конструкций относятся:

• невысокая цена — железобетонные конструкции значительно дешевле стальных,
• пожаростойкость — в сравнении со сталью и деревом,
• технологичность — несложно при бетонировании получать любую форму конструкции, 
• химическая и биологическая стойкость — не подвержен коррозии, старению, гниению.

К недостаткам железобетонных конструкций относятся: невысокая прочность при большой массе — прочность бетона в среднем в 10 раз меньше прочности стали. В больших конструкциях железобетон «несёт» больше своей массы, чем полезной нагрузки.

Главной задачей при проектировании железобетонной конструкции является расчёт армирования. Армирование конструкций выполняется стальными стержнями. Диаметр стержней и характер их расположения определяется расчётами. При этом соблюдается следующий принцип — арматура устанавливается в растянутые зоны бетона либо в преднапряжённые сжатые зоны.

Железобетонные элементы рассчитываются по прочности, жёсткости, трещиностойкости.

По характеру работы выделяют изгибаемые элементы (балки, плиты), сжатые элементы (колонны, фундаменты).

При изгибе любого элемента в нём возникает сжатая и растянутая зоны (см. рисунок 1), изгибающий момент и поперечная сила. В железобетонной конструкции выделяется две формы разрушения:

1. по нормальным сечениям — сечениям, перпендикулярным продольной оси, от действия изгибающего момента,
2. по наклонным сечениям — от действия поперечных сил.

В типичном случае армирование балки выполняется продольной и поперечной арматурой (см. рисунок 1).

Основными параметрами конструкции являются:

L — пролёт балки или  плиты, расстояние между двумя  опорами. Обычно составляет от 3 до 25 метров;

H — высота сечения. С  увеличением высоты прочность  балки растёт пропорционально h²;

B — ширина сечения;

a — защитный слой бетона. Служит для защиты арматуры  от воздействия внешней среды;

s — шаг поперечной  арматуры.

 

1 — верхняя (сжатая) арматура 
2 — нижняя (растянутая) арматура 
3 — поперечная арматура 
4 — распределительная арматура, верхняя арматура может быть растянутой, а нижняя сжатой, если внешняя сила будет действовать в противоположенном направлении

Рисунок 1. Изгиб и армирование железобетонной балки.

Арматура (рисунок 2), устанавливаемая в растянутую зону, служит для упрочнения бетона, который в силу своих свойств быстро разрушается при растяжении. Арматура в сжатую зону устанавливается обычно без расчёта (из необходимости приварить к ней поперечную арматуру), в редких случаях верхняя арматура упрочняет сжатую зону бетона. Растянутая арматура и сжатая зона бетона (и иногда сжатая арматура) обеспечивают прочность элемента по нормальным сечениям (см. рисунок 2).

Разрушение элемента в обоих случаях наступает вследствие разрушения бетона растягивающими напряжениями. Арматура устанавливается в направлении действия растягивающих напряжений для упрочнения элемента.

Небольшие по высоте балки и плиты (до 150 мм) допускается проектировать без установки верхней и поперечной арматуры.

Рисунок 2. Разрушение железобетона элемента по нормальным сечениям.

 

Поперечная арматура служит для обеспечения прочности наклонных сечений (смотрите рисунок 3)

 

Рисунок 3. Разрушение железобетона элемента по наклонных сечениям (схема).

 

Плиты армируются по такому же принципу как и балки, только ширина B в случае плиты значительно превышает высоту H, продольных стержней (Рисунок 4) больше, они равномерно распределены по всей ширине сечения.

Кроме расчёта на прочность для балок и плит выполняется расчёт на жёсткость (нормируется прогиб в середине пролета при действии нагрузки) и трещиностойкость (нормируется ширина раскрытия трещин в растянутой зоне).

При сжатии длинного элемента для него характерна потеря устойчивости (см. рисунок 4). При этом характер работы сжатого элемента несколько напоминает работу изгибаемого элемента, однако в большинстве случаев растянутой зоны в элементе не возникает.

Если изгиб сжатого элемента значителен, то он рассчитывается как внецентренно сжатый. Конструкция внецентренно сжатой колонны сходна с центрально сжатой, но в сущности эти элементы работают (и рассчитываются) по-разному. Также элемент будет внецентренно сжат, если кроме вертикальной силы на него будет действовать значительная горизонтальная сила (например ветер, давление грунта на подпорную стенку).

Типичное армирование колонны представлено на рисунке 4.

1 — продольная арматура 
2 — поперечная арматура

 

Рисунок 4. Работа и армирование сжатой колонны.

 

В сжатом элементе вся продольная арматура (1) сжата, она воспринимает сжатие наряду с бетоном. Поперечная арматура (2) обеспечивает устойчивость арматурных стержней, предотвращает их выпучивание.

Центрально сжатые колонны проектируются квадратного сечения.

Изготовление железобетонных конструкций включает в себя следующие технологические процессы:

— Подготовка арматуры 
— Опалубочные работы 
— Армирование 
— Бетонирование 
— Уход за твердеющим бетоном

 

1.4 Области применения железобетонных конструкций

 

Железобетонные конструкции широко используют в капитальном строительстве при воздействии температур не выше 50 °С и не ниже -70 °С. В каждой отрасли промышленности и жилищно-гражданском строительстве имеются экономичные формы конструкций из сборного, монолитного или сборно-монолитного железобетона.

Во многих случаях конструкции из железобетона целесообразнее каменных или стальных. К ним относятся: атомные реакторы, мощные прессовые устройства, морские сооружения, мосты, аэродромы, дороги, фабрично-заводские, складские и общественные здания и сооружения; тонкостенные пространственные конструкции, силосы, бункера и резервуары; напорные трубопроводы (рисунок 5); фундаменты под прокатные станы и под машины с динамическими нагрузками, башни, высокие дымовые трубы, сваи, кессонные основания, подпорные стены и многие другие массивные сооружения. Большое применение железобетон находит при устройстве набережных, тепло- и гидроэлектрических станций, плотин, шлюзов, доков и других гидротехнических сооружений.

Рисунок 5. Железобетонный мост.

Железобетон является незаменимым строительным материалом в санитарно-техническом и подземном строительстве. Он в значительной степени вытеснил древесину и металл при горных разработках. В строительстве железобетонных судов и плавучих доков Россия достигла значительных результатов. На изготовление железобетонных линейных конструкций расходуется в 2...3 раза, а на изготовление плит, настилов, труб в 10 раз меньше металла, чем на стальные конструкции.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 Испытания

 

2.1 Классификация испытаний

 

Испытание — экспериментальное установление количественных и (или) качественных характеристик свойств объекта испытаний, как результата действия на него при его функционировании.

Задача испытания - получение количественных или качественных оценок характеристик продукции, т.е. оценивание способности выполнять требуемые функции в заданных условиях. Эта задача решается в испытательных лабораториях, ее решением является подготовленный протокол испытаний с указанием параметров продукции.

Виды испытаний:

Исследовательские испытания проводят для изучения поведения объекта при том или ином внешнем воздействующем факторе или в том случае, если нет необходимого объема информации. В процессе испытаний оценивают работоспособность образца, правильность конструкторского решения, определяют возможные характеристики, выясняют закономерности и тенденции изменения параметров.

Исследовательские испытания часто проводят как определительные и оценочные.

Цель определительных испытаний – нахождение значений одной или нескольких величин с заданной точностью и достоверностью.

Иногда при испытаниях надо лишь установить факт годности объекта, т.е. определить, удовлетворяет ли данный экземпляр из ряда объектов данного вида установленным требованиям или нет. Такие испытания называются оценочными.

Испытания, проводимые для контроля качества объекта, называются контрольными. Назначение контрольных испытаний – проверка на соответствие техническим условиям определенных экземпляров комплектующих изделий или составных частей при изготовлении.

Доводочные испытания проводят на стадии НИОКР для оценки влияния вносимых в техническую документацию изменений, чтобы обеспечить достижение заданных значений показателей качества продукции.

Цель предварительных испытаний – определение возможности предъявления образцов на приемочные испытания. Испытания проводят в соответствии стандартом или организационно-методическим документом министерства, ведомства, предприятия.

Приемочные испытания проводят для определения целесообразности и возможности постановки продукции на производство. Приемочные испытания изделий единичного производства проводят для решения вопроса о целесообразности передачи этих изделий в эксплуатацию. Испытаниям подвергают опытные или головные образцы (партии) продукции.

Квалификационные испытания проводят в следующих случаях: при оценке готовности предприятия к выпуску конкретной серийной продукции, если изготовители опытных образцов и серийной продукции разные, а также при постановке на производство продукции по лицензиям и продукции, освоенной на другом предприятии. В остальных случаях необходимость проведения квалификационных испытаний устанавливает приемочная комиссия.

Приемосдаточные испытания проводят для принятия решения о  годности продукции к поставке или ее использованию. Испытаниям подвергают каждую изготовленную единицу продукции или выборку из партии.

Периодические испытания проводят с целью периодического контроля качества продукции; контроля стабильности технологического процесса в период между очередными испытаниями; подтверждения возможности продолжения изготовления изделий по действующей документации и их приемки; подтверждения уровня качества продукции, выпущенной в течение контролируемого периода; подтверждения эффективности методов испытания, применяемых при приемочном контроле.

Типовые испытания – контроль продукции одного типоразмера, по единой методике, который проводят для оценки эффективности и целесообразности изменений, вносимых в конструкцию или технологический процесс. Испытаниям подвергают образцы выпускаемой продукции, в конструкцию или технологический процесс изготовления которых внесены изменения.

Инспекционные испытания осуществляют выборочно с целью контроля стабильности качества образцов готовой продукции и проекции, находящейся в эксплуатации.

Сертификационные испытания проводят для определения соответствия продукции требованиям  безопасности и охраны окружающей среды, а некоторых случаях и важнейших показателей качества продукции: надежности, экономичности и т. д.

Эксплуатационные периодические испытания проводят для определения возможности или целесообразности дальнейшей эксплуатации (применения) продукции в том случае, если изменение ее показателя качества может создать угрозу безопасности, здоровью, окружающей среде или привести к снижению эффективности ее применения.

По определяемым характеристикам объекта различают испытания:

- функциональные – проводятся  с целью определения показателей  назначения объекта;

- на надежность — осуществляются для определения показателей надежности в заданных условиях;

- на прочность — проводятся для установления значений воз 
действующих факторов, при которых определенные характерно 
тики объекта выходят за установленные пределы;

- на устойчивость - выполняются для контроля способности изделия реализовывать свои функции и сохранять значения параметров в пределах норм, установленных НТД, во время воздействия на него определенных факторов (агрессивных сред, ударной волны, электрического поля, радиационных излучений и т.д.);

- на безопасность - проводятся с целью подтверждения, установления фактора безопасности для обслуживаемого персонала или лиц, имеющих отношение к объекту испытаний;

- на транспортабельность - осуществляются с целью определения возможности транспортирования объекта в той или 
иной таре без нарушения способности объекта выполнять свои 
функции и сохранять значения параметров в пределах норм;