Železobeton ( německy Stahlbeton ) je stavební materiál skládající se z betonu a oceli [1] . Patentováno v roce 1867 Josephem Monnierem [2] jako materiál pro výrobu van pro rostliny.
V roce 1895, aby se urychlil proces výstavby kostela k poctě Nanebevzetí Panny Marie v Petrohradě na Vasiljevském ostrově, rozhodl se civilní architekt V. A. Kosjakov pro stavbu kostela použít místo cihel železobeton. hlavní oblouky a již 18. (30. prosince 1897 ) Hlavní loď
V roce 1912 byla postavena první železobetonová stavba v Rusku, Rybinská věž .
Rozvoj teorie železobetonu v Rusku v první polovině 20. století je spojen se jmény A. F. Loleit , A. A. Gvozdev , V. V. Michajlov , M. S. Borishansky, A. P. Vasiliev, V. I. Murashev, P L. Pasternak , Ya. V. Stolyarov , O. Ya. Berg a další.
Ve 20. století se železobeton stal nejběžnějším materiálem ve stavebnictví (viz Pietro Nervi ) a hrál významnou roli ve vývoji takových architektonických směrů, jako je modernismus a funkcionalismus .
Mezi pozitivní vlastnosti železobetonových konstrukcí patří:
Nevýhody železobetonových konstrukcí zahrnují:
Existují železobetonové prefabrikáty (železobetonové konstrukce jsou vyráběny v továrně, poté namontovány do hotové konstrukce) a monolitické železobetonové (betonování se provádí přímo na staveništi), jakož i prefabrikáty-monolitické (prefabrikované konstrukce se používají jako ponechané bednění - spojují se výhody monolitických a prefabrikovaných konstrukcí ).
V Rusku je obvyklé počítat železobetonové prvky: podle 1. a 2. skupiny mezních stavů:
Mezi úkoly výpočtu železobetonových konstrukcí pro 1. skupinu mezních stavů patří:
Výztuž konstrukcí se zpravidla provádí samostatnými ocelovými tyčemi nebo sítěmi, rámy. Průměr tyčí a povaha jejich umístění je určena výpočty. V tomto případě je dodržován následující princip - výztuž je instalována v napnutých zónách betonu nebo ve stlačených zónách s nedostatečnou pevností betonu, jakož i ze strukturálních důvodů.
Při výpočtu železobetonových ohybových prvků je hlavním cílem stanovit požadovanou plochu pracovní výztuže v souladu s danými silami (přímý problém) nebo určit skutečnou únosnost prvku podle daných geometrických a pevnostních parametrů. (inverzní problém).
Podle charakteru práce se rozlišují ohýbací prvky ( nosníky , desky), středově a excentricky stlačené prvky ( sloupy , středově a excentricky stlačené, tažené prvky (příhradové prvky).
Při ohýbání jakéhokoli prvku se v něm objeví stlačená a natažená zóna (viz obrázek), ohybový moment a příčná síla. Ohýbané železobetonové prvky se zpravidla počítají podle pevnosti následujících typů sekcí:
V typickém případě je vyztužení nosníku provedeno podélnou a příčnou výztuží (viz obrázek).
Designové prvky:
Horní výztuž může být natažena a spodní stlačena, pokud vnější síla působí v opačném směru.
Hlavní konstrukční parametry:
Výztuž (2), instalovaná v tahové zóně, slouží ke zpevnění železobetonového prvku, betonu, ve kterém se díky svým vlastnostem při natahování rychle zbortí. Výztuž (1) se obvykle instaluje do tlačené zóny bez výpočtu (z důvodu nutnosti přivařit k ní příčnou výztuž), ve vzácných případech horní výztuž zpevní zónu tlačeného betonu. Tahová výztuž a zóna stlačeného betonu (a někdy i tlaková výztuž) zajišťují pevnost prvku v normálních řezech (viz obrázek).
Příčná výztuž (3) slouží k zajištění pevnosti šikmých nebo prostorových úseků (viz obrázek).
Rozváděcí armatura (4) má konstrukční účel. Při betonáži váže výztuž do rámu.
K destrukci prvku v obou případech dochází v důsledku destrukce betonu tahovým napětím. Výztuž se instaluje ve směru tahových napětí pro zpevnění prvku.
Nosníky a desky malé výšky (do 150 mm) lze navrhnout bez instalace horní a příčné výztuže.
Desky jsou vyztuženy podle stejného principu jako nosníky, pouze šířka B u desky výrazně přesahuje výšku H, podélných prutů je více (1 a 2), jsou rovnoměrně rozmístěny po celé šířce řezu.
Kromě pevnostního výpočtu se u nosníků a desek provádí výpočet tuhosti (průhyb uprostřed rozpětí při působení zatížení se normalizuje) a odolnosti proti trhlinám (normalizuje se šířka otvoru trhliny v zóně tahu).
Když je dlouhý prvek stlačen, vyznačuje se ztrátou stability (viz obrázek). V tomto případě povaha práce stlačeného prvku poněkud připomíná práci ohýbaného prvku, nicméně ve většině případů se v prvku neobjeví natažená zóna.
Pokud je ohyb stlačeného prvku významný, pak se počítá jako excentricky stlačený. Konstrukce excentricky stlačeného sloupu je podobná jako u centrálně stlačeného sloupu, ale v podstatě tyto prvky fungují (a počítají se) různými způsoby. Také bude prvek excentricky stlačen, pokud na něj kromě svislé síly působí i významná horizontální síla (například vítr, tlak zeminy na opěrnou zeď).
Typická výztuž sloupu je znázorněna na obrázku.
na obrázku:1 - podélná výztuž
2 - příčná výztuž
Ve stlačeném prvku je stlačena veškerá podélná výztuž (1), která tlak vnímá spolu s betonem. Příčná výztuž (2) zajišťuje stabilitu výztužných prutů a zabraňuje jejich vybočení .
Sloupy jsou považovány za masivní, pokud je minimální strana průřezu větší nebo rovna 400 mm. Masivní úseky mají schopnost dlouhodobě zvyšovat pevnost betonu, to znamená s přihlédnutím k možnému nárůstu zatížení v budoucnu (a dokonce hrozbě postupné destrukce - teroristické útoky, výbuchy atd.) - mají výhoda oproti nemasivním sloupům. Že. momentální úspory dnes nemají do budoucna smysl a navíc malé sekce nejsou ve výrobě technologicky vyspělé. Je nutná rovnováha mezi hospodárností, hmotností konstrukce atd. konstrukce potvrzující život (Udržitelná konstrukce).
Výroba železobetonových konstrukcí zahrnuje následující technologické procesy:
Podstatou prefabrikovaných železobetonových konstrukcí oproti monolitickým je, že konstrukce jsou vyráběny v továrnách na železobetonové výrobky (železobetonové výrobky) a následně dodávány na stavbu a montovány v konstrukční poloze. Hlavní výhodou technologie prefabrikátů je, že klíčové technologické procesy probíhají v závodě. To umožňuje dosahovat vysokých sazeb z hlediska doby výroby a kvality konstrukcí. Kromě toho je výroba předpjatých železobetonových konstrukcí možná zpravidla pouze v továrně.
Nevýhodou továrního výrobního postupu je nemožnost vyrobit širokou škálu provedení. To platí zejména pro různé formy vyráběných konstrukcí, které se omezují na standardní bednění. Ve skutečnosti se v továrnách na železobeton vyrábějí pouze konstrukce, které vyžadují hromadnou aplikaci. S ohledem na tuto okolnost vede plošné zavádění technologie betonových prefabrikátů ke vzniku velkého počtu budov stejného typu, což následně vede ke snížení nákladů na výstavbu. Takový jev byl pozorován v SSSR během období masové výstavby.
Velká pozornost je na výrobně betonového zboží věnována technologickému schématu výroby. Používá se několik technologických schémat:
V dopravníkových a průtokově-agregátových technologiích se používá metoda bednění.
Pro výrobu předpjatých konstrukcí se používají dva způsoby vytváření předpětí: tah na dorazy a tah na beton, dále dva hlavní způsoby napínání výztuže: elektrotepelné a elektrotermomechanické. Variantou stolní technologie je technologie beztvarého formování ( BOF ) využívající předpětí. Vybavení linky bednění zahrnuje:
Používají se tvářecí stroje pro beztvaré tváření, technologie slipforming, vibrokomprese a technologie vytlačování.
Při výrobě monolitických železobetonových konstrukcí je třeba vzít v úvahu, že fyzikální a mechanické vlastnosti výztuže jsou relativně stabilní, ale stejné vlastnosti betonu se v průběhu času mění. Vždy je třeba najít kompromis mezi rezervami v designu a provedení (volba tvarů a sekcí – volba mezi spolehlivostí, „životností“, ale tvrdostí masivních konstrukcí a mezi elegancí, jemností, lehkostí, ale „mrtvostí“ " konstrukcí s velkým plošným modulem), cena a kvalita surovin, náklady na výrobu monolitických železobetonových konstrukcí, posílení provozní kontroly inženýrskými a technickými pracovníky ve všech fázích, stanovení opatření k péči o beton, jeho ochrana v průběhu času (vytváření podmínky pro zvýšení jeho charakteristik v čase, což může být nezbytné v době, kdy provoz začne odolávat progresivní destrukci), řízení dynamiky souboru základních pevnostních a deformačních charakteristik betonu [5] [6] . To znamená, že hodně záleží na tom, z čí pozice jsou konstrukce a technologie navrhovány, práce prováděny a kontrolovány a co je kladeno do popředí: spolehlivost a životnost, hospodárnost, vyrobitelnost, bezpečnost provozu, možnost dalšího uplatnění prostřednictvím výztuží a rekonstrukcí , tzv. racionální přístup, tedy navrhování z opaku (nejdříve se zamyslíme nad tím, jak to celé další generace rozeberou a znovu použijí) [7] .
K ochraně železobetonových konstrukcí se používají speciální polymerní kompozice k izolaci povrchové vrstvy železobetonu od negativních vlivů prostředí (chemická činidla, mechanické vlivy). K ochraně železobetonového podkladu se používají různé typy ochranných konstrukcí, které umožňují modifikovat provozní vlastnosti minerálního povrchu - zvýšit odolnost proti opotřebení, snížit separaci prachu, propůjčit dekorativní vlastnosti (barvu a lesk) a zlepšit chemickou odolnost. Polymerní nátěry nanášené na železobetonové podklady jsou klasifikovány podle typů: odprašovací impregnace, tenkovrstvé nátěry, samonivelační podlahy , vysoce plněné nátěry.
Dalším způsobem ochrany železobetonových konstrukcí je nátěr výztuže zinkofosfátem [8] . Fosforečnan zinečnatý pomalu reaguje s korozivní chemikálií (např. alkálie) a vytváří trvalý apatitový povlak.
K ochraně železobetonových konstrukcí před působením vody a agresivního prostředí se používá také penetrační hydroizolace , která upravuje strukturu betonu, zvyšuje jeho voděodolnost, čímž zabraňuje destrukci betonových konstrukcí a korozi výztuže .
Výztuž kompozity se používá k podélnému a příčnému vyztužení prutových prvků, k vytvoření výztužných výztužných skořepin na sloupech a podpěrách mostů, nadjezdů, sloupových konzol, k vyztužení desek, skořepin, příhradových prvků a dalších konstrukcí.
Historie aplikacíPrvním velkým zařízením v Rusku, kde bylo použito vyztužení kompozitními materiály (zejména plastem vyztuženým vlákny - FAP-reinforcement), byl nadjezd třetího dopravního okruhu v Moskvě v roce 2001 [9] .
Použití kompozitních materiálů má následující výhody:
Racionální stupeň vyztužení pomocí systému FAP je v rozmezí 10-60 % počáteční únosnosti vyztužené konstrukce [10] . Adhezní pevnost výztužného materiálu je v naprosté většině případů vyšší než pevnost v tahu nejběžnějších konstrukčních betonů (až do třídy B60).
Použití moderních materiálů a technologií pro lepení vnější výztuže při správné kontrole kvality stavebních prací prakticky vylučuje možnost delaminace konstrukce podél hranice FAP-beton.
Numerický experiment, kde byla práce betonu ukázána pomocí Williamova a Warnkeho pevnostního kritéria, ukázal, že příspěvek FRP k celkové pevnosti nakloněné části do značné míry závisí na přítomnosti a procentu vyztužení ocelovou příčnou výztuží. S nárůstem procenta vyztužení ocelovou výztuží se účinnost systému výztuže snižuje. Hlavním typem destrukce vyztuženého nosníku je proražení podkladního betonu, vycházející z míst maximálních hlavních tahových napětí na volných koncích svorek vnější výztuže [11] .
Systémy vnější výztuže jsou soubory uhlíkových materiálů, polymerních pojiv, speciálních základních nátěrů, tmelů a opravných směsí určených pro konstrukční vyztužení stavebních konstrukcí: železobeton, cihla, kámen nebo dřevo. Podstatou této metody je zvýšení pevnosti prvků vnímajících zatížení při provozu budov a konstrukcí pomocí uhlíkových tkanin, lamel a mřížek. Vyztužení stavebních konstrukcí uhlíkovými vlákny zvyšuje únosnost bez změny konstrukčního schématu objektu.
Výhody konstrukčního vyztužení uhlíkovými vláknyTematické stránky | ||||
---|---|---|---|---|
Slovníky a encyklopedie | ||||
|