Vasbeton

Az oldal jelenlegi verzióját még nem ellenőrizték tapasztalt közreműködők, és jelentősen eltérhet a 2022. szeptember 24-én felülvizsgált verziótól ; az ellenőrzéshez 1 szerkesztés szükséges .

A vasbeton ( németül  Stahlbeton ) betonból és acélból álló építőanyag [1] . Joseph Monnier [2] 1867 -ben szabadalmaztatta növényi kádak készítésének anyagaként .

Történelem

1895-ben, hogy felgyorsítsa a Szentpétervári Nagyboldogasszony tiszteletére a Vasziljevszkij-szigeten a templom építését, V. A. Kosyakov polgári építész úgy döntött, hogy tégla helyett vasbetont használ a templom építéséhez. főíveket, és már 1897. december 18 -án  (30-án)  a Főfolyosót

1912-ben megépült Oroszország első vasbeton szerkezete, a Rybinsk Tower .

A vasbeton elméletének fejlődése Oroszországban a 20. század első felében A. F. Loleit , A. A. Gvozdev , V. V. Mihajlov , M. S. Borisanszkij, A. P. Vasziljev, V. I. Murasev, P L. Pasternak , Ya. V. Stolyarov , O. Ya. Berg és mások.

A 20. században a vasbeton az építőipar legelterjedtebb anyagává vált (lásd Pietro Nervi ), és jelentős szerepet játszott az olyan építészeti irányzatok kialakulásában, mint a modernizmus és a funkcionalizmus .

Jellemzők

A vasbeton szerkezetek pozitív tulajdonságai a következők:

  1. tartósság ;
  2. alacsony költség - a vasbeton szerkezetek sokkal olcsóbbak, mint az acélszerkezetek;
  3. tűzállóság az acélhoz képest;
  4. gyárthatóság - betonozáskor könnyű megszerezni a szerkezet bármilyen alakját;
  5. kémiai és biológiai stabilitás;
  6. nagy ellenállás a statikus és dinamikus terhelésekkel szemben.

A vasbeton szerkezetek hátrányai a következők:

  1. kis szilárdság nagy tömeggel - a beton nyomószilárdsága átlagosan 10-szer kisebb, mint az acél szilárdsága. A nagy szerkezetekben a vasbeton nagyobb tömeget "hordoz", mint hasznos teher .

Létezik előregyártott vasbeton (a vasbeton szerkezeteket a gyárban gyártják, majd kész szerkezetbe szerelik) és monolit vasbeton (a betonozást közvetlenül az építkezésen végzik), valamint az előregyártott-monolit (előregyártott szerkezeteket pl. egy zsalu maradt - a monolit és az előregyártott szerkezetek előnyei kombinálódnak ).

Vasbeton szerkezetek tervezésének és számításának alapelvei

Oroszországban a vasbeton elemeket szokás kiszámítani: a határállapotok 1. és 2. csoportja szerint:

  1. teherbírás szerint (szilárdság, stabilitás, kifáradás);
  2. normál használatra való alkalmasság (törésállóság, túlzott elhajlás és elmozdulás).

A vasbeton szerkezetek számítási feladatai az 1. határállapotcsoporthoz a következők:

  1. szerkezetek szilárdságának ellenőrzése (normál, ferde, térszelvények);
  2. a szerkezet tartósságának ellenőrzése (többszöri ismételt terhelés hatására);
  3. szerkezetek stabilitásának ellenőrzése (alak és helyzet).

A szerkezetek megerősítését általában külön acélrudakkal vagy hálókkal, keretekkel végzik. A rudak átmérőjét és elhelyezkedésük jellegét számítások határozzák meg. Ebben az esetben a következő elvet kell betartani - a megerősítést beton feszített zónáiba vagy összenyomott zónáiba szerelik be, amelyeknek az utóbbi szilárdsága nem elegendő, valamint szerkezeti okokból.

A vasbeton hajlítóelemek számításánál a fő cél a munkavasalás szükséges felületének meghatározása az adott erőknek megfelelően (közvetlen probléma), vagy az elem tényleges teherbíró képességének meghatározása az adott geometriai és szilárdsági paraméterek szerint. (inverz probléma).

A munka jellege szerint hajlító elemek ( gerendák , födémek), központilag és excentrikusan összenyomott elemek ( oszlopok , központilag és excentrikusan összenyomott, feszített elemek (rácsos elemek) különböztethetők meg).

Hajlító elemek (gerendák, födémek)

Bármely elem hajlítása esetén megjelenik benne egy összenyomott és feszített zóna (lásd az ábrát), egy hajlítónyomaték és egy keresztirányú erő. A hajlított vasbeton elemeket általában a következő típusú szakaszok szilárdsága szerint számítják ki:

  1. normál szakaszok mentén - a hossztengelyre merőleges szakaszok, hajlítónyomaték hatására,
  2. ferde szakaszok mentén - keresztirányú erők hatására (a beton összenyomott zónájának vágása vagy zúzása), a ferde szakaszok (repedések) közötti ferde szalag mentén, egy ferde szakaszban egy pillanat hatására.

Tipikus esetben a gerenda megerősítését hosszanti és keresztirányú vasalással végzik (lásd ábra).

Tervezési elemek:

  1. Felső (sűrített) megerősítés
  2. Alsó (feszített) megerősítés
  3. Keresztirányú megerősítés
  4. Elosztó szerelvények

A felső vasalás nyújtható, az alsó pedig összenyomható, ha a külső erő ellentétes irányba hat.

Fő tervezési paraméterek:

  1. L egy gerenda vagy födém fesztávja, két támasz távolsága. Általában 3 és 25 méter között van
  2. H a szakasz magassága. A magasság növekedésével a gerenda szilárdsága a H² arányában növekszik
  3. B - szakasz szélessége
  4. a - beton védőréteg. Arra szolgál, hogy megvédje a szerelvényeket a környezeti hatásoktól
  5. s a keresztirányú megerősítés lépése.

A feszítési zónába beépített vasalás (2) a vasbeton elem erősítését szolgálja, a beton, amelyben tulajdonságainak köszönhetően feszítéskor gyorsan összeesik. A vasalás (1) általában számítás nélkül kerül beépítésre az összenyomott zónába (mert keresztirányú vasalást kell ráhegeszteni), ritka esetekben a felső vasalás megerősíti az összenyomott betonzónát. A húzóvasalás és az összenyomott betonzóna (és esetenként a kompressziós vasalás) biztosítja az elem szilárdságát normál metszetekben (lásd az ábrát).

A keresztirányú merevítés (3) a ferde vagy térbeli szakaszok szilárdságának biztosítására szolgál (lásd az ábrát).

Az elosztó armatúra (4) építő jellegű. A betonozásnál a vasalást keretbe köti.

Az elem tönkremenetele mindkét esetben a beton húzófeszültségek általi tönkremenetele miatt következik be. A merevítést a húzófeszültségek irányában kell beépíteni, hogy megerősítse az elemet.

Kis magasságú (150 mm-ig) gerendák és födémek felső és keresztirányú vasalás nélkül is kialakíthatók.

A födémek a gerendákkal megegyező elv szerint vannak megerősítve, csak a B szélesség födém esetén jelentősen meghaladja a H magasságot, több a hosszanti rúd (1 és 2), ezek egyenletesen oszlanak el a szelvény teljes szélességében.

A szilárdsági számításon túlmenően a gerendák és födémek esetében a merevség számítását (a fesztáv közepén a terhelés hatására bekövetkező kihajlás normalizálódik) és a repedésállóságot (a feszítési zónában a repedésnyílás szélessége normalizálódik).

Tömörített elemek (oszlopok)

Egy hosszú elem összenyomásakor a stabilitás elvesztése jellemzi (lásd az ábrát). Ebben az esetben az összenyomott elem munkájának jellege némileg a hajlított elem munkájára emlékeztet, azonban a legtöbb esetben nem jelenik meg feszített zóna az elemben.

Ha az összenyomott elem hajlítása jelentős, akkor azt excentrikusan összenyomottnak számítjuk. Az excentrikusan összenyomott oszlop kialakítása hasonló a központilag összenyomott oszlopéhoz, de lényegében ezek az elemek eltérő módon működnek (és számítanak is). Ezenkívül az elem excentrikusan összenyomódik, ha a függőleges erőn kívül jelentős vízszintes erő hat rá (például szél, talajnyomás a támfalra).

Az ábrán egy tipikus oszloperősítés látható.

a képen:

1 - hosszirányú megerősítés
2 - keresztirányú megerősítés

Az összenyomott elemben az összes hosszirányú vasalás (1) összenyomódik, az összenyomódást a betonnal együtt érzékeli. A keresztirányú merevítés (2) biztosítja a merevítőrudak stabilitását és megakadályozza azok kihajlását .

Masszívnak minősülnek az oszlopok, amelyek minimális keresztmetszeti oldala 400 mm-nél nagyobb vagy egyenlő. A masszív szakaszok képesek hosszú ideig növelni a beton szilárdságát, vagyis figyelembe véve a terhelések jövőbeni esetleges növekedését (sőt a fokozatos pusztulás veszélyét - terrortámadások, robbanások stb.) előny a nem tömeges oszlopokkal szemben. Hogy. a pillanatnyi megtakarításnak ma nincs értelme a jövőben, ráadásul a kis szakaszok technológiailag nem fejlettek a gyártásban. Egyensúlyra van szükség a gazdaságosság, a szerkezet tömege stb. között. életigenlő építkezés (Fenntartható építkezés).

Vasbeton szerkezetek gyártása

A vasbeton szerkezetek gyártása a következő technológiai folyamatokat foglalja magában:

  1. Armatúra előkészítése
  2. Zsalu
  3. Erősítés
  4. betonozás
  5. Kikeményedő betonápolás

Előregyártott betonszerkezetek gyártása

Az előregyártott vasbeton szerkezetek lényege a monolitokkal szemben, hogy a szerkezeteket a vasbeton termékek (vasbeton termékek) gyáraiban legyártják, majd az építkezésre szállítják és a tervezési pozícióban szerelik fel. Az előregyártott betontechnológia fő előnye, hogy a legfontosabb technológiai folyamatok az üzemben zajlanak. Ez lehetővé teszi a magas gyártási idő és a szerkezetek minőségének elérését. Ezenkívül az előfeszített vasbeton szerkezetek gyártása általában csak a gyárban lehetséges.

A gyári gyártási módszer hátránya, hogy képtelenség a tervek széles skálájának előállítására. Ez különösen igaz a gyártott szerkezetek sokféle formájára, amelyek a szabványos zsalukra korlátozódnak. Valójában csak tömeges alkalmazást igénylő szerkezeteket gyártanak vasbetongyárakban. Ennek fényében az előregyártott betontechnológia elterjedtsége nagyszámú azonos típusú épület kialakulásához vezet, ami viszont az építési költségek csökkenéséhez vezet. Ilyen jelenséget figyeltek meg a Szovjetunióban a tömeges építkezés időszakában.

A betongyártó üzemben nagy figyelmet fordítanak a gyártás technológiai sémájára. Számos technológiai sémát használnak:

  1. szállítószalag technológia. Az elemek öntőformákban készülnek, amelyek egyik egységről a másikra mozognak. A technológiai folyamatok szekvenciálisan zajlanak, ahogy az űrlap mozog.
  2. Flow-aggregate-technológia A technológiai műveleteket az üzem megfelelő részlegeiben végzik, a terméket tartalmazó formát darukkal szállítják egyik egységről a másikra.
  3. Állvány technológia. A gyártási folyamat során a termékek mozdulatlanok maradnak, és az aggregátumok rögzített formák mentén mozognak.

A szállítószalagos és áramlásos aggregátumos technológiákban a zsaluzási módszert alkalmazzák.

Az előfeszített szerkezetek gyártásához az előfeszítés létrehozásának két módszerét alkalmazzák: az ütközők feszítését és a beton feszítését, valamint a vasalás feszítésének két fő módszerét: elektrotermikus és elektrotermomechanikus. Az asztali technológia egyik változata az előfeszítést alkalmazó formless fröccsöntési technológia ( BOF ). A zsaluzósor felszerelése a következőket tartalmazza:

Forma nélküli öntéshez formázógépeket használnak, csúszóformázó technológiát, vibrokompressziós és extrudálási technológiát.

Monolit vasbeton szerkezetek gyártása

A monolit vasbeton szerkezetek gyártása során figyelembe kell venni, hogy a vasalás fizikai és mechanikai jellemzői viszonylag stabilak, de a beton azonos jellemzői idővel változnak. Mindig meg kell találni a kompromisszumot a tervezés és a tervezés tartalékai között (a formák és metszetek kiválasztása - a választás a megbízhatóság, az "élet", de a masszív szerkezetek súlyossága és az elegancia, finomság, könnyedség, de "halottság" között. nagy felületi modulusú szerkezetek), költség és minőségi nyersanyagok, monolit vasbeton szerkezetek gyártási költsége, minden szakaszban a mérnöki és műszaki dolgozók általi működési ellenőrzés megerősítése, a beton gondozására vonatkozó intézkedések kijelölése, időnkénti védelme (létrehozása). jellemzői időbeli növelésének feltételei, ami szükséges lehet, mire a művelet elkezd ellenállni a fokozatos pusztulásnak), a beton alapvető szilárdsági és alakváltozási jellemzőinek halmazának dinamikájának szabályozása [5] [6] . Vagyis nagyon sok múlik azon, hogy kinek a pozíciójából tervezik a szerkezeteket, technológiát, végzik a munkát és irányítják, mi kerül előtérbe: megbízhatóság és tartósság, gazdaságosság, gyárthatóság, üzembiztonság, megerősítések, átépítések révén történő további alkalmazás lehetősége. , az úgynevezett racionális megközelítés, vagyis az ellentétből történő tervezés (először arra gondolunk, hogy a következő generációk hogyan szedik szét és használják fel újra) [7] .

Vasbeton szerkezetek védelme polimer anyagokkal

A vasbeton szerkezetek védelme érdekében speciális polimer kompozíciókat használnak a vasbeton felületi rétegének elszigetelésére a negatív környezeti hatásoktól (kémiai anyagok, mechanikai hatások). A vasbeton alap védelmére különféle típusú védőszerkezeteket alkalmaznak, amelyek lehetővé teszik az ásványi felület működési tulajdonságainak módosítását - növelik a kopásállóságot, csökkentik a porleválasztást, dekoratív tulajdonságokat (szín és fényesség) biztosítanak, és javítják a vegyszerállóságot. A vasbeton alapokra felvitt polimer bevonatokat típusok szerint osztályozzák: pormentesítő impregnálások, vékonyrétegű bevonatok, önterülő padlók , erősen feltöltött bevonatok.

A vasbeton szerkezetek védelmének másik módja a vasalás cink-foszfáttal való bevonása [8] . A cink-foszfát lassan reagál egy maró hatású vegyszerrel (pl. lúg), és állandó apatit bevonatot képez.

A vasbeton szerkezetek víz és agresszív környezet hatásai elleni védelmére áthatoló vízszigetelést is alkalmaznak , amely módosítja a beton szerkezetét, növeli annak vízállóságát, ami megakadályozza a betonszerkezetek tönkremenetelét és a vasalás korrózióját .

Vasbeton szerkezetek megerősítése és helyreállítása kompozit anyagokkal

Kompozit anyagok alkalmazása vasbeton szerkezetek megerősítésére

A kompozitokkal történő megerősítést rúdelemek hossz- és keresztirányú megerősítésére használják, erősítő héjak létrehozására hidak oszlopain és tartóin, felüljárókon, oszlopkonzolokon, födémek, héjak, rácsos elemek és egyéb szerkezetek megerősítésére.

Alkalmazástörténet

Az első nagy létesítmény Oroszországban, ahol kompozit anyagokkal történő megerősítést (különösen szálerősítésű műanyagot – FAP-erősítést) alkalmaztak, a harmadik szállítógyűrű felüljárója volt Moszkvában 2001-ben [9] .

A kompozit anyagok használatának a következő előnyei vannak:

  • megakadályozza a repedést;
  • segít elkerülni az indukciós áramok kialakulását (a transzformátor alállomás fémfelhasználás nélküli megerősítése a Stausee Kaprun szivattyús tározós erőműben);
  • korrozióállóság;
  • nem zavarja a jelátvitelt a vasúton;
  • fűtés hiánya az indukciós áramlások miatt a kioldó kapcsolók közelében;
Példák
  • a Kondopoga Erőmű elterelő csatornájának fejszerkezetének pillérei, amelyek mentén a Szentpétervár-Murmanszk vasút halad el;
  • vasutak a rybinszki vízerőmű Volga szakaszának vízerőmű-komplexumában, a szaratovi és bratszki vízerőművek gátain.
Építkezés

A racionális megerősítés mértéke az FAP rendszer segítségével a megerősített szerkezet kezdeti teherbírásának 10-60%-a [10] . Az erősítőanyag tapadási szilárdsága az esetek túlnyomó többségében nagyobb, mint a legelterjedtebb szerkezeti betonok szakítószilárdsága (B60 osztályig).

A külső vasalás ragasztására szolgáló modern anyagok és technológiák alkalmazása az építési munkák megfelelő minőségellenőrzésével gyakorlatilag kiküszöböli a szerkezet leválásának lehetőségét az FAP-beton határ mentén.

Egy numerikus kísérlet, ahol a beton munkáját a William és Warnke szilárdsági kritérium segítségével mutatták be, azt mutatta, hogy az FRP hozzájárulása a ferde szakasz teljes szilárdságához nagymértékben függ az acél keresztirányú vasalás jelenlététől és százalékos arányától. Az acélmerevítéssel történő megerősítés százalékos arányának növekedésével a megerősítési rendszer hatékonysága csökken. A megerősített gerenda roncsolásának fő típusa az alapbeton átszúrása, a külső erősítő bilincsek szabad végeinél a maximális fő húzófeszültségek pontjaiból kiindulva [11] .

Vasbeton szerkezetek külső megerősítése szénszálas

A külső erősítőrendszerek  szén anyagokból, polimer kötőanyagokból, speciális alapozókból, gittekből és javítókeverékekből álló készletek, amelyek az épületszerkezetek szerkezeti megerősítésére szolgálnak: vasbeton, tégla, kő vagy fa. Ennek a módszernek a lényege, hogy az épületek és építmények működése során terhelést észlelő elemek szilárdságát szénszövetek, lamellák és rácsok segítségével növeljük. Az épületszerkezetek szénszálas megerősítése növeli a teherbírást anélkül, hogy megváltoztatná az objektum szerkezeti sémáját.

A szénszálas szerkezeti megerősítés előnyei
  • Az épületszerkezetek javításának és megerősítésének teljes költségének csökkentése;
  • Időköltségek csökkentése;
  • A munkaerőköltségek csökkentése;
  • Képes munkát végezni a létesítmény működésének leállítása nélkül;
  • A nagyjavítási időszak növekedése;
  • Alacsony önsúly és erősítés vastagság;
  • Minimális helyigény a munkához;
  • Agresszív közegekkel és korrózióval szembeni ellenállás;
  • A széntartalmú anyagok magas mechanikai jellemzői és jó tapadás a megerősített szerkezethez;
  • Nincs hegesztési munka.
A szénszálas szerkezeti megerősítés hátrányai
  • Az anyagok magas költsége;
  • UV-sugárzásnak nem ellenálló ragasztók (ragasztók) (frissen fektetett anyagon kvarchomokos porozással határozzák meg);
  • Az építmények tűzvédelme szükséges.

Lásd még

Jegyzetek

  1. A beton nem kompozit, hanem kompozit anyag.
  2. Vasbeton // Kazahsztán. Nemzeti Enciklopédia . - Almati: Kazah enciklopédiák , 2005. - T. II. — ISBN 9965-9746-3-2 .  (CC BY SA 3.0)
  3. 1 2 3 Salamahin P.M., Popov V.I. . Közúti és városi hidak Oroszországban . — M .: MADI , 2017. — 124 p.  - S. 34.
  4. Sobory.ru  (hozzáférhetetlen link)
  5. "A váz-monolit épületek függőleges szerkezeteinek építéséből eredő technológiai tényezők elemzése" Archív másolat 2015. szeptember 23-án a Wayback Machine -nél , Bulavitsky M.S.
  6. A nehézbeton tulajdonságainak eloszlásának heterogenitása a függőleges monolit elemek térfogata között . Letöltve: 2010. július 1. Az eredetiből archiválva : 2015. szeptember 23..
  7. M. Bulavytskyi kísérleti és elméleti munkáinak helye . Letöltve: 2010. május 5. Az eredetiből archiválva : 2013. május 28..
  8. "A cink-foszfát kémiai konverziós bevonat hatása enyhe acél korróziós viselkedésére lúgos közegben: betonacélok védelme vasbetonban" Sci. Technol. Adv. mater. 9 (2008) 045009 ingyenes letöltés
  9. Yushin A. V. Szálerősítésű műanyagokkal megerősített többnyílású vasbeton szerkezetek ferde szakaszainak szilárdsága. Absztrakt disz. … cand. azok. Tudományok: 05.23.01 / Juszin, Alekszej Vlagyimirovics; SpbGASU. - Szentpétervár, 2014. - 17 p. Absztrakt disz. …folypát. tech. nauk : 05.23.01 / Jushin, Aleksej Vladimirovich; SpbGASU. - SPb., 2014. - 17 s
  10. 1.4. STO NOSTROY 2.6.90-2013. Nemfémes kompozit vasalás alkalmazása beton és geotechnikai szerkezetek építésében. M.: A JSC TsNIIS "Alagút és metró Kutatóközpont" fiókja, 2012. 130 p. // STO Nostroy - 43. Primenenie v stroitel'nyh betonnyh i geotekhnicheskih konstrukciyah nemetallicheskoy kompozitnoy armatury. Moszkva: Filial OAO CNIIS "NIC "Tonneli i metropoliteny"", 2012. 130 s.
  11. Yushin A. V., Morozov V. I. // Kompozit anyagokkal megerősített kétnyílású vasbeton gerendák feszültség-nyúlási állapotának elemzése ferde szakaszon, figyelembe véve a nemlinearitást / A tudomány és az oktatás modern problémái - 2014. évi 5. szám.

Irodalom

Irodalomjegyzék

Normatív irodalom

  • SP 63.13330.2012 Beton- és vasbeton szerkezetek. Alapvető rendelkezések. Az SNiP 52-01-2003 frissített kiadása.
  • SP 27.13330.2011 Beton és vasbeton szerkezetek, amelyeket magas és magas hőmérsékleten történő működésre terveztek. Az SNiP 2.03.04-84 frissített kiadása.
  • SP 41.13330.2012 Hidraulikus építmények beton- és vasbeton szerkezetei. Az SNiP 2.06.08-87 frissített kiadása.
  • SP 52-101-2003 Beton és vasbeton szerkezetek előfeszítő vasalás nélkül.
  • SNiP 52-01-2003 Beton és vasbeton szerkezetek. Alapvető rendelkezések.
  • SP 52-110-2009 Magas és magas hőmérsékletnek kitett beton- és vasbeton szerkezetek.
  • SNiP 2.03.02-86 Sűrű szilikát betonból készült beton- és vasbeton szerkezetek.
  • GOST 28570-90 Beton. Szerkezetekből vett minták szilárdságának meghatározására szolgáló módszerek.
  • GOST 17625-83 Tervezési és vasbeton termékek. Sugárzási módszer a beton védőréteg vastagságának, a vasalás méretének és helyének meghatározására.
  • GOST 22904-93 Vasbeton szerkezetek. Mágneses módszer a beton védőréteg vastagságának és a megerősítés helyének meghatározására.