Работа неармированной бетонной и армированной железобетонной балки.

Смысл армирования можно пояснить на балках, ригелях работающих на изгиб. В таких элементах часть поперечного сечения элемента подвергаются сжатию, а другая – растяжению. Если балку изготовить из неармированного бетона, то вследствие низкой его прочности на растяжение

(1-4 МПа) уже под небольшой нагрузкой бетон в растянутой зоне растрескивается, и балка разрушается рис. 1 (а).

Рис. 1

Неармированная бетонная (а) и армированная железобетонная (б) балки:

1 – трещины в бетоне в растянутой зоне;

                               2 – арматура.

       Если же в растянутую зону ввести стальную арматуру, то она примет на себя растягивающие напряжения (прочность арматуры при растяжении более 200 МПа, и балка, хотя на ней могут появиться трещины, не разрушится даже при больших нагрузках рис.1 (б). В ряде случаев армируют элементы, работающие на сжатие (колонны, сваи), так как и на сжатии арматура (сталь) в 5….10 раз прочнее бетона.

       Причиной, тому арматура принимает на себя большую часть нагрузки, является различие в модулях упругости стали 2  10⁵ МПа и бетона              (2….3)  10⁴ МПа. Из за того, что модуль упругости стали в 10 раз выше модуля упругости бетона, при нагружении железобетонного элемента сталь и бетон получают одинаковые деформации, но напряжение в них в соответствии с законом Гука будут разные. В стали они будут в 10 раз выше, чем в бетоне

(1 см² стали заменяет 10 см² бетона).

       В современном строительстве всё больше применение находит напряжённо – армированный бетон. Попытаемся объяснить, почему появился такой метод армирования. Так как прочность бетона на растяжение в 10….20 раз ниже, чем на сжатие. В железобетоне этот недостаток устраняют введением в растянутую зону арматуры. Однако вследствие малой растяжимости бетона в растянутой его зоне возникают трещины, после чего всю нагрузку воспринимает только арматура. Пока ширина трещины менее

0,1….0,2 мм (так называемые волосяные трещины), они не опасны с точки зрения сцепления арматуры с бетоном и коррозии арматуры.

       При применении для армирования высокопрочных сталей полное использование их прочности сопровождается относительно большим удлинением арматуры, что приводит к сильному растрескиванию бетона, а это, в свою очередь, - к коррозии арматуры из-за обнажения её поверхности. Отсюда следует, что при обычном способе армирования применение высокопрочной арматуры нерационально. При армировании такой арматурой применяют метод предварительного натяжения арматуры.

       Сущность этого метода состоит в том, что до загрузки железобетонной конструкции полезной нагрузкой её арматуру растягивают наподобие резинового жгута; упором при этом служит бетон. Естественно, что чем сильнее растянута арматура, тем больше будет сжат бетон. Когда же к конструкции будет приложена полезная нагрузка, напряжения от неё, возникающие в растянутой зоне бетона, частично компенсируются предварительно созданными сжимающими напряжениями. Поэтому в растянутой зоне бетона не возникнут трещины, а предварительно – напряжённая арматура получит от нагрузки дополнительное напряжение и её высокая прочность будет реализована в большей степени.

       В настоящее время применяют два способа получения напряжённо – армированного бетона. Один из них заключается в том, что арматуру натягивают и закрепляют на специальных анкерах, а затем укладывают бетон. После того как бетон достаточно затвердеет, арматуру освобождают и она, сжимаясь, сжимает бетон. Другой способ: в бетоне оставляют специальные каналы для напрягаемой арматуры. После затвердения бетона арматуру вводят в каналы и натягивают, используя в качестве опоры затвердевший бетон. При этом в бетоне возникают сжимающие напряжения. После натяжения арматуры каналы заполняют цементным раствором.

       В предварительно – напряжённых железобетонных конструкциях более полно используется прочность стали и бетона, поэтому уменьшается масса изделий. Кроме того, предварительное обжатие бетона, препятствуя образованию трещин, повышает его долговечность и непроницаемость.