15. Сцепление арматуры и бетона в железобетонных конструкциях

Совместная работа арматуры и бетона в железобетоне обеспечивается их сцеплением и различными конструкциями закрепления арматуры в бетоне. Напряженное состояние железобетонных конструкций обусловлено действием внешней нагрузки и процессом перераспределения внутренних усилий. При этом арматура служит внутренней связью, препятствующей свободному развитию усадки и ползучести. Механические свойства железобетона зависят от свойств компонентов, но не совпадают с ними. Например, появление трещин в растянутой зоне бетонной конструкции приводит к разрушению, а в железобетонных конструкциях это не опасно. Сжатый стальной элемент при достижении Rs,y теряет несущую способность, в железобетонных конструкциях вследствие ползучести бетона при σs≈Rs разрушение не происходит.
Наиболее важная особенность железобетона – появление трещин в растянутой зоне при нагрузках меньших эксплуатационных. То есть нормальная работа изгибаемых железобетонных элементов, как правило, сопровождается образованием трещин. Для повышения сопротивляемости конструкций образованию трещин и создания условий для применения высокопрочной стали искусственно создают начальные сжимающие усилия в растянутом бетоне.
Сцепление арматуры с бетоном – это непрерывная связь по поверхности контакта между бетоном и арматурой, обеспечивающая их совместную работу. Сцепление арматуры с бетоном определяется характеристиками арматурной стали (состояние ее поверхности, профиль, диаметр, механические свойства) и бетона (прочность, деформируемость, возраст, состав и свойства цемента, заполнителей, технологией приготовления бетонной смеси, способами укладки и уплотнения, условиями твердения, напряженным состоянием).
Факторы, определяющие сопротивление сдвигу арматуры в бетоне:
- сопротивление бетона смятию и срезу, вызванное механическим защемлением неровностей и выступов на поверхности арматуры – механическое сцепление (80 - 90%)
- склеивание арматуры с бетоном вследствие клеящей способности цементного геля – физическое и химическое сцепление (10 - 20%).
        Силы трения (согласно последним исследованиям) отсутствуют или пренебрежимо малы, а усадка бетона вообще отрицательно сказывается на сопротивлении арматуры сдвигу.
Склеивание цементного камня  с арматурой в период схватывания и твердения бетона определяется химическими и физическими процессами, которые приводят к возникновению на поверхности контакта капиллярных и молекулярных сил притяжения. Однако силы адгезии нарушаются при сравнительно небольших напряжениях.
У стержней с абсолютно гладкой поверхностью (полированной) сцепление в 5 раз ниже, чем у горячекатаных гладких стержней. Особенно эффективно придание поверхности стержней периодического профиля. Сопротивление выдергиванию такой арматуры выше в 2-3 раза по сравнению с гладкой благодаря заклиниванию профиля в бетоне. 
Существенное влияние на сцепление оказывает напряженно деформированное состояние образца: анкеровка концов арматуры в бетоне при различных силовых воздействиях, анкеровка арматуры в опорных участках, а также в узлах ферм, распределение сцепления арматуры с бетоном между трещинами в растянутых, изгибаемых и внецентренно сжатых конструкциях.
Распределение  касательных (сдвиговых) напряжений по длине стержня в различных случаях напряженно деформированного состояния показаны на рис. 15.1.
         Особенностью предварительного напряжения конструкций без специальных анкерных приспособлений состоит в передаче напряжений с арматуры на бетон при отпуске напряженной арматуры. При этом обжатие обеспечивается сцеплением арматуры с бетоном в зоне анкеровки.
Испытания для определения сцепления проводят различными способами. Наиболее часто испытывают на выдергивание и вдавливание. При сложном напряженно деформированном состоянии анкеровку определяют испытанием моделей узлов (например, опорных участков ферм).
Напряжения сцепления по длине заделки стержня распределяется неравномерно (рис. 15.2). Пусть u - периметр стержня, то есть ;

 
Наши партнёры


WIKI ЖБК