Механічні властивості і види сталевої арматури

Арматура

Арммування залізобетонних конструкцій складається з робочої арматури (стрижнів, проволоки, канатів), які ставлять за розрахунком на діючі зусилля та конструктивна і монтажна арматура, для об'єднання робочої арматури в арматурні сітки або каркаси ( рис. 17.9).

Рис. 17.9. Методи армування залізобетонних елементів: а–каркасами і сітками (гнучка арматура); b–схема контактної точкової зварки стержнів арматури; с–балка з жорсткою арматурою; d–колона з несучим арматурним каркасом; e–зварний несучий арматурний каркас балки

При цьому робочу арматуру поділяють на арматуру для армування звичайних залізобетонних конструкцій та арматуру для армування попередньо напружених залізобетонних конструкцій.

Розглянемо діаграму розтягу арматурної сталі яка має фізичну границю текучості. (рис. 17.10). В процесі випробовувань арматури, яка має фізичну границю текучості як правило спостерігаються наступні ділянки діаграми деформування сталі. До умовної межі пропорційності, яка знаходиться в межах (0.8-0.9), діаграма є похилою прямою лінією. Це означає, що поздовжні деформації збільшуються пропорційно напруженням , тобто підпорядковуються закону Гука.

 
 

 

 


Рис. 17.10. Діаграмa “” для арматури, що має фізичну площадку текучості

Тут спостерігаються тільки пружні деформації, які після зняття навантаження зникають. Після чого діаграма набуває криволінійного характеру і переходить у горизонтальну пряму. Це означає, що окрім пружних деформацій з'явилися значні пластичні деформації і сталь «тече» без підвищення напруження. Горизонтальна пряма характеризує межу текучості сталі. Величина горизонтальної прямої в залежності від марки сталі та технології її отримання складає від 0,5% до 2,5%. Потім наступає зона зміцнення – сталь сприймає напруження, що все збільшуються, і в цей же час в ній різко зростають пластичні деформації. Величина повних деформацій при цьому може досягати 25%.

Таким чином, за фізичну границю текучостіприймаються найменші напруження, при яких зразок уперше одержує значні деформації без помітного збільшення навантаження.

Для розрахунку залізобетонних конструкцій, як правило, використовують спрощену діаграму (рис. 17.11). Оскільки площадка текучості має значну величину і при її реалізації виникають тріщини в бетоні та розвиваються значні прогини, які значно перевищують допустимі для залізобетонних конструкцій, тому зміцнення арматури не враховується. Вважається, що при досягненні в арматурі деформацій настає розрив арматури.

 
 

 


Рис. 17.11. Розрахункова діаграма стану звичайної арматури

Діаграма високоміцної арматури, яка як правило, використовується для армування попередньо напружених залізобетонних конструкцій наведена на рис. 17.12 та рис. 17.13. На рис. 17.12 наведено діаграму високоміцної стрижневої арматури, а на рис.17,13 діаграма деформування високо міцної, холодно тягнутої проволоки. Як видно з рисунків вказана арматура не має ярко вираженої фізичної площадки текучості.

За умовну границю пружності високоміцної арматури, яка використовується без попереднього напруження, приймаються напруження , за яких виникають початкові залишкові відносні деформації величиною 0,02%. За умовну границю текучості високоміцної арматури, яка використовується без попереднього напруження, приймаються напруження , за яких виникають початкові залишкові відносні деформації величиною 0,2%. Відповідно, для високоміцної арматури, яка використовується в якості попередньо напруженої, приймаються напруження , за яких виникають початкові залишкові відносні деформації величиною 0,1% ділянки зразка. Спрощена диаграма високоміцної сталі для попередньо напруженої арматури наведена на рис. 17.14

 
 


Рис. 17.12. Діаграми “” для арматури що не має фізичної площадки текучості

 

Прийнято, що минувши межу міцності (тимчасового опору) або , зразок руйнується. Але, фізично зразок не руйнується, відбувається деформування зразка зі зниженням напружень в сталі. При підвищенні напружень більших ніж потім при розвантаженні до 0 і подальшому підвищенні напружень вище унаслідок порушення структури металу відбувається так званий наклеп – сталь стає міцнішою, але менш пластичнішою. Таким чином, підвищується і межа текучості сталі. Наклеп використовують для отримання зміцненої (міцнішої) арматури за допомогою витяжки.

 
 


Рис. 17.13.Діаграми “” для холодно тягнутої проволоки

 

Модуль пружності арматурної сталі Es приймається однаковим при розтягу і стиску.

Арматурні сталі за механічними властивостями поділяють на «м'які», опір яких в конструкції визначається фізичною межею текучості σyт і тверді, для яких основним показником міцності є межа міцності

М'яка сталь пластична, на діаграмі деформування має явно виражену ділянку текучості. Тверда сталь крихка, вона не тече, а переходить в пластичну стадію поступово, і на діаграмі ділянка текучості відсутня(рис. 17.10). За технологією виготовлення сталь для арматури поділяють на стержневу гарячокатану і дротяну холоднотягнуту.

Для розрахунку залізобетонних конструкцій, як правило, використовують спрощену діаграму (рис. 17.11).

Стержнева сталь може бути піддана зміцнюючій обробці: термічною або механічною, наприклад, витяжкою.

Залежно від характеру поверхні сталь може бути гладкою або періодичного профілю (для поліпшення зчеплення з бетоном).

 
 

 


Рис. 17.14.Спрощенадіаграма стану попередньо напружуваної арматури:

А – ідеалізованої; В – розрахункової.

 

 

Механічні властивості арматурних сталей залежать від технології їх виплавки і подальшої обробки, а також від хімічного складу сталі. Щоб підвищити міцність сталі і зменшити відносну деформацію, в її склад вводять вуглець (0,2-0,4 %) і легуючі добавки (марганець, кремній, хром і ін.) в кількості 0,6-2 %. Цим досягається істотне збільшення міцності сталі, але знижується пластичність і можливість зварювання.

2. Марки і класи арматурної сталі. Арматурні вироби.Марки гарячекатаних м'яких сталей позначають, зазвичай, їх хімічний склад. Двозначні числа зліва характеризують середній вміст вуглецю (у сотих долях відсотка), а букви і цифри після них – вміст легуючих елементів: хрому X, марганцю Г, кремнію З, титана Т, цирконію Ц.

Наприклад, сталь марки 25Г2С містить: 0,2–0,29 % вуглецю 25; 1,2–1,6 % марганцю Г2; 0,6–0,9 % кремнію; хрому і міді не більш ніж по 0,3 %, тому в марці стали ці елементи не позначені. В чинних нормативних документах марка сталі не регламентуеться, основним є те, щоб арматурна сталь відповідала вимогам нормативних документів і проекту.

Для армування залізобетонних конструкцій, як правило, в якості ненапружуваної робочої арматури використовується гладка класу А240С та періодичного профілю класів А400С, А500С, В500. Основні характеристичні значення міцністних і деформативних характеристик вказаної арматури наведені в табл. 17.3

Арматура класу А240С (як правило марка СтЗ) кругла (гладка) діаметром 6–40 мм. Із-за невисокої межі текучості (240 МПа) і гладкого профілю застосовувати її для робочої арматури не рекомендується.

Арматура класу А400С, А500С і В500 періодичного профілю і виготовляється адіаметром 4–40 мм.

Таблиця 17.3