Глава 2. Физико-механични и деформационни свойства на бетона,деформационни свойства на бетона,

армировката и стоманобетона

Сцепление между бетона и армировката. Снаждане и закотвяне на армировкатаСнаждане и закотвяне на армировката

Сцеплението между бетона и армировката е в основата на съвместната работа между1. Сцепление между бетона и армировката

ц ду р р р дудвата материала. Чрез него силата, която поема стоманеният прът – опънна или натискова,трябва да се предаде на бетона. Силите на сцепление, възникващи на единица повърхностот арматурата, обуславят напрежението на сцепление между армировката и бетона подължината на елементадължината на елемента.

Сцеплението между бетона и армировката зависи главно от:

1) На слепващата способност на циментовото тесто, което след свързване се превръща вциментов камък Това е всъщност т нар собствено сцепление между бетона и армировкатациментов камък. Това е всъщност т. нар. собствено сцепление между бетона и армировката.

2) На триенето, което се създава върхуповърхността на стоманения прът вследствиенатисковите сили от съсъхването на бетона. Принатисковите сили от съсъхването на бетона. Приобикновена стомана с гладка повърхносттриенето от съсъхване дава значителна част отцялото сцепление. За увеличаване илинамаляване на триенето, а оттам и насцеплението от значение е също така каквиусилия са създадени в зоната на закотвянето –натискови или опънни усилия.натискови или опънни усилия.

3) На съпротивлението на срязване набетона, проникнал във вдлъбнатините или междуребрата на армировката с периодичен профил.

Опитно е показано, че в сравнение с пръти с гладка повърхнина армировката спериодичен профил осигурява 2-3 пъти по-голямо сцепление с бетона. Поради тази причинаармировката с периодичен профил е особено благоприятна за осигуряване на закотвянето.

а) сцепление на профилна армировкаа) сцепление на профилна армировкас бетон б) напрегнато състояние при изтръгване

на арматурата от бетона

Дължината на пръта в бетона която осигурява достигане на изчислителното напрежениеДължината на пръта в бетона, която осигурява достигане на изчислителното напрежениеσsd в армировъчния прът, без да бъде нарушено сцеплението с бетона се нарича закотвящадължина lb на армировката.

Усилието в пръта и напрежението на сцепление в интервала на закотвянето са в тяснаУсилието в пръта и напрежението на сцепление в интервала на закотвянето са в тясназависимост едно от друго и се изменят по един сложен криволинеен закон. Най-вероятнотоизменение на напреженията на сцепление се приема по диаграмата на фигурата.

На практика се работи със средно напрежение на сцепление еднакво по цялата дължинаНа практика се работи със средно напрежение на сцепление, еднакво по цялата дължинана закотвяне, наричано гранично изчислително напрежение на сцепление.

,b

bd lNf

πφ=

blπφкъдето u = πφ е периметърът на армировъчния прът;

lb е дължината на закотвяне.

Извън бетона действащата опънна сила се поема само от армировката чрез нейнотосъпротивление на опън:

;2πφσ RAN == ;4

σ sssd RAN ==

където Аs е площта на напречното сечение на армировъчния прът.σsd e изчислителната стойност на напрежението в пръта.

От горните формули може да се определи основната дължина на закотвяне lb,rqd:

.44,

bd

sd

bd

sdrqdb ff

l σφφσ==

bdbd

От изследванията е установено, че за армировка с гладък профил fbd = 2,5 ÷ 4,0 МРа, аза армировки с периодичен профил тези напрежения са 1,5÷2 пъти по-високи.

В БСД EN1992-1-1 изчислителната стойност на граничното изчислително напрежение нар рсцепление се дава с израза:

;25,2 21 ctdbd ff ηη=където f е изчислителната якост на осов опън на бетона която се определя по формулата:където fctd е изчислителната якост на осов опън на бетона, която се определя по формулата:

;05,0 cctkctctd ff γα=

αct е коефициент, който отчита дълговременни ефекти върху якостта на бетона наопън и неблагоприятните ефекти, породени от начина на прилагане на натоварването.Съгласно БДС EN 1992-1-1/NA стойността му е αct = 1,0;

fctk0,05 е характеристичната стойност на якостта на осов опън на бетона при 5%фрактил;фрактил;

γc е частен коефициент за сигурност на бетона, който за крайни гранични състояниясе приема γc = 1,5 при дълготрайни и при краткотрайни изчислителни ситуации.

Коефициентът η1 във формула е свързан с качеството на състоянието на връзката ипозицията на пръта по време на бетонирането. Влиянието на сцеплението се обхващаопростено чрез категоризирането на добри и недобри условия на сцепление.

За добри се приемат условия на сцепление за: всички пръти под ъгъл от 45° ≤ α ≤ 90°спрямо хоризонталата по време на бетонирането, всички пръти под ъгъл от 0° ≤ α ≤ 45°спрямо хоризонталата по време на бетонирането, разположени в елементи, чиято дебелина впосока на бетонирането не надвишава 250 mm.

При елемент с дебелина, по-голяма от 250 mm прътите трябва да бъдат разположени вдолните 250 mm или поне на 300 mm от горната му повърхност. Освен това за добри сеприемат условия на сцепление за произведени в легнало положение елементи с външниразмери на сечението ≤ 500 mm, които се уплътняват с външни вибратори.

В този случай η1 = 1,0. Във всички други случаи условията на сцепление могат да бъдатприети за недобри и η1 = 0,7.

Коефициентът η2 е свързан с диаметъра на прътите:● при φ ≤ 32 mm се приема η = 1 0;● при φ ≤ 32 mm се приема η2 = 1,0;● при φ > 32 mm се приема η2 = (132 – φ)/100. Препоръчва се за прътите с φ > 32 mm да

не бъдат използвани куки, а други закотвящи устройства.

Изчислителната „оразмерителна” стойност на дължината на закотвяне lbd се определя с

2. Изчислителна дължина на закотвяне

р р bd рпомощта на израза:

min,,54321 brqdbbd lll ≥≥ ααααα

и ограничението: ;7,0532 ≥αααи ограничението: ;7,0532 ≥αααкъдето α1 е коефициент, който отчита ефекта на формата на пръта при достатъчно бетоннопокритие;

α2 – отчита ефекта на минималното бетонно покритие;2 ф р ;α3 – отчита ефекта на ограничаването на напреженията чрез напречна армировка;α4 – отчита ефекта на влияние на един или повече заварени напречни пръти с диаме-

тър φt ≥ 0,6φ по изчислителната дължина на закотвяне lbd;р φt , φ bd;α5 – отчита влиянието на натиска, напречно на равнината на разцепване по изчисли-

телната дължина на закотвяне lbd.Стойностите на минималната дължина на закотвяне l са съответно:Стойностите на минималната дължина на закотвяне lb,min са съответно:

( )mm100;10;3,0max ,min, φrqdbb ll = – при закотвяне на опънати пръти;

( )mm100;10;6,0maxmin φrqdbb ll = – при закотвяне на натиснати пръти.( )mm100;10;6,0max ,min, φrqdbb ll р р

Когато бетонният участък е недостатъчен за разполагане на закотвящата дължина, сеизползват механични устройства за закотвяне, състоящи се от заварени към пръта стоманеничасти (плочи шайби и др )части (плочи, шайби и др.).

Когато надлъжната армировка е натискова, необходимата дължина на закотвяне сеосъществява само с прав участък. Прави и коси куки не подпомагат закотвянето на натиснатипръти.

Закотвянето на стремена и на армировка, работеща на срязване, обикновено сеосъществява посредством прави и коси куки или чрез заварена напречна армировка. Вправата или коса кука трябва да има един прът.

Закотвянето трябва да отговаря на фигурата. Заваряването трябва да се извършва всъответствие с EN ISO 17660 и заваръчното съединение да има достатъчна носимоспосбност,съгласно изискванията на БДС EN 1992-1-1. Ъглите на огъване и необходимия диаметър надорника за това са съгласно изискванията на норматива.

3. Изчислителна дължина на снажданеСилите се предават от един прът на друг посредством:– снаждане чрез застъпване на пръти с или без огъвки и куки;– заваряване (заварени съединения на армировката);– механични устройства, осигуряващи предаване на опънни и натискови или само на на-

тискови сили.

Когато разстоянието между снажданите два пръти е малко прътовите сили се предаватчрез действието на сцеплението – идеализирано чрез система от коси натискови диагонали.

Снаждането изисква действащите в равнината на застъпване напречни натискови иб Гнапречни опъни сили да бъдат в равновесие. Големите напречни натискови напрежения

предизвикват пукнатини успоредно на снажданите пръти, които драстично намаляватдействието на сцеплението.

Затова по принцип е необходимо поемането на напречните опъни сили да се извършва от

Конструирането на снаждания чрез застъпвания трябва да бъде такова че:

Затова по принцип е необходимо поемането на напречните опъни сили да се извършва отнапречна армировка. Тъй като напречните опъни сили се появяват концентрирано в секторана прътовите краища, целесъобразно е напречната армировка да бъде подредена там.

Конструирането на снаждания чрез застъпвания трябва да бъде такова, че:– да е осигурено предаването на силите от един

прът на съседния;– да не възниква разцепване на бетона в областтар

на съединението;

– да не се появят широки пукнатини, които даповлияят на поведението на конструкцията.

Снажданията на пръти чрез застъпване обикновено трябва да са разместени и не бива даса разположени в най-натоварените участъци – местата с големи огъващи моменти и/илисили (например пластични стави); във всяко сечение снажданията трябва да се подреждатсиметрично.

Подреждането на прътите, снаждани чрез застъпване, трябва да отговаря на следнитеизисквания:

– светлото напречно разстояние между двата застъпващи се пръта трябва да бъде не по-голямо от 4φ или 50 mm, в противен случай дължината на застъпване l0 трябва да сеувеличава с дължината, с която светлото разстояние превишава 4φ или 50 mm;

– надлъжното разстояние между две съседни снаждания не трябва да е по-малко от 0,3l0;– за съседни снаждания чрез застъпване светлото разстояние между съседните пръти не

трябва да е по-малко от 2φ или 20 mm.р д φКогато горните условия са спазени, се допуска снаждане на 100% от опънната армировка

на едно място, ако е разположена в един ред. При пръти, разположени в няколко реда,процентът трябва да се намали до 50%.

Всички натискови пръти и второстепенната (разпределителната) армировка могат да сеснаждат в едно сечение.

Изчислителната дължина на застъпване l0 се изчислява по формулата:;min,0,653210 lll rqdb ≥≥ ααααα

( )2001530 φllкъдето lb,rgd е основната изисквана закотвяща дължина на прав прът;

Стойностите на коефициентите α1, α2, α3 и α5 са като при определянето дължината на

( )mm200;15;3,0max ,6min,0 φα rqdbll =

ф ц 1, 2, 3 5 р р д дзакотвяне, като за изчисляване на α3 трябва ΣAsw,min да се вземе със стойност Аs(σsd/fyd), a Аsе площта на напречното сечение на един застъпващ се прът;

Коефициентът α6, който отчита какъв процент ρ1 от надлъжните пръти се снаждат врамките на 0,65l0 от всяка страна на сечението. Неговите стойности се приемат:

.5,1250,1 16 ≤=≤ ρα

В зоните на снаждане на надлъжната армировка чрез застъпване (както и при закотвяне)възникват радиални опънни напрежения. Те предизвикват разцепващи сили в бетона, запоемането на които се поставя напречна армировка.

К φ < 20Когато диаметърът на снажданите чрез застъпване пръти е φ < 20 mm или процентът назастъпените пръти в едно сечение е по-малък от 25%, напречната армировка илистремената, необходими по други причини, могат да се считат за достатъчни за поемане нанапречните сили без допълнителна проверканапречните сили без допълнителна проверка.

Когато диаметърът φ на застъпените пръти е по-голям от 20 mm, напречната армировкатрябва да има обща площ на напречното сечение Asw на напречното сечение на всичкиклонове в участъка на застъпването не по-малка от площта A на сечението на един отклонове в участъка на застъпването, не по малка от площта As на сечението на един отснажданите пръти (ΣAsw ≥ 1,0As).

Тази армировка се поставя външно спрямо снажданите пръти (между прътите ибетонната повърхност) и се съсредоточава в крайните участъци на снажданията:р ) р д р у ц д

Заварени мрежи от оребрени пръти се снаждат чрез застъпване в една или две равнини:

Снаждане на мрежи в една равнина се прилага при натоварвания, предизвикващи умора.Снаждане на мрежи в една равнина се прилага при натоварвания, предизвикващи умора.За мрежи, снадени в една равнина при определяне дължината на снаждане се приема α3 =1,0.

Във втория случай снаждането трябва да се извършва в зони, при които изчисленотонапрежение в надлъжната армировка при крайни гранични състояния не надхвърля 80% отfyd.

Допустимият процент на главната армировка, която може да бъде снаждана във всякоедно сечение, зависи от специфичната площ на напречното сечение на заварените мрежи(As/s)prov, като s е разстоянието между надлъжните пръти:

– 100%, ако (As/s)prov ≤ 1200 mm2/m;

– 60 %, ако (As/s)prov > 1200 mm2/m.При изпълнение на горните условия, полезната височина на сечението се приема за най-

отдалечения надлъжен прът.рСъединенията чрез застъпване при многоредови мрежи в отделните редове трябва да са

разместени на разстояние по-малко от 1,3l0.

Снаждането чрез застъпване на второстепенна или разпределителна армировка може дасе извършва в едно сечение.

М й l

– φ ≤ 6 mm – дължина на застъпване ≥ 150 mm и най-малко една клетка в дължината назастъпване при мрежи;

Минималните стойности на застъпване l0 за различните диаметри второстепенни пръти сакакто следва:

застъпване при мрежи;

– 6 mm < φ ≤ 8 mm – дължина на застъпване ≥ 250 mm и най-малко две клетки в дължи-ната на застъпване при мрежи;

– 8 mm < φ ≤ 12 mm – дължина на застъпване ≥ 350 mm и най-малко две клетки в дъл-

Съгласно БДС EN 1992-1-1/NA пръти с голям диаметър са тези, при които φ ≥ 32 mm.Обикновено прътите с голям диаметър не трябва да се снаждат чрез застъпване, a чрез

8 mm < φ ≤ 12 mm дължина на застъпване ≥ 350 mm и най малко две клетки в дължината на застъпване при мрежи;

Обикновено прътите с голям диаметър не трябва да се снаждат чрез застъпване, a чрезмеханични приспособления.

Когато се използват пръти с такъв голям диаметър, трябва да се осигури ограничаване напукнатините чрез използване на повърхностна армировка.

Освен снаждания със застъпване, възможни са и директните снаждания на армировъчнипръти. Те могат да бъдат осъществени чрез механични свързващи средства или чреззаваряване.

Директните снаждания могат по принцип да бъдат приети като нормално еластични. Потази причина включването им в пластични стави при определянето на разрезните усилия потеорията на пластичността не се допуска.

В БДС EN 1992 1 1 не са засегнати директните снаждания но те имат сравнително голямоВ БДС EN 1992-1-1 не са засегнати директните снаждания, но те имат сравнително голямоприложение.

При класическите винтови муфи трябва да бъдат използвани или пръти с резба, илитакава трябва да бъде предварително нарязвана.

а) Позиционираща муфа

b) Преходна муфа

Освен това съществуват комбинирани системи от пресовани по краищата на прътите

При хидравлично пресованите муфи и муфите с щифтове, работещи на срязване, не енеобходима предварителна подготовка на прътите.

b) Преходна муфа

Освен това съществуват комбинирани системи от пресовани по краищата на прътитемуфи, които се съединяват на обекта чрез свързващи болтове с резба.

Всички разрешени механични съединения могат да бъдат натоварвани както на опън,така и на натиск Ограничения има само за якостта на уморатака и на натиск. Ограничения има само за якостта на умора.

Изключения правят механични снаждания за подложени постоянно на натискармировъчни пръти с φ ≥ 20 mm.

Носещи равноякостни заваръчни снаждания, могат да бъдат прилагани както за опъни,така и за натискови сили.

Снаждането може да се извърши чрез директно заваряване, чрез накладки, чрезелектродъгово заваряване или използване на ванни заварки.

Ванните заварки се прилагат за пръти с диаметър φ ≥ 32 mm.

4. Разстояния между армировъчните прътиРазстоянията между отделните армировъчни пръти трябва да позволяват полагането и

уплътняването на пресния бетон и едновременно с това да гарантират сцеплението междуббетона и армировката.

Малките разстояния между прътите водят до разслояване на бетона и задържане наедрата фракция от добавъчния материал.

Светлото разстояние между единични хоризонтално или вертикално разположениуспоредни пръти трябва да изпълнява условието:

( )[ ] ;mm20;mm; 2max1 kdka g +≥ φ

С БДС EN 1992 1 1/NA й ф k 1 k 5

където φmax е диаметър на най-големия използван прът, dg е диаметър на най-голямата фрак-ция на едрия добавъчен материал (dg > 16 mm).

( )[ ] ;;; 2max1 gφ

Съгласно БДС EN 1992-1-1/NA стойностите на коефициентите са k1 = 1 и k2 = 5 mm.

При многоредова армировка прътите се подреждат непосредствено един над друг, каторазстоянието между отделните редове се гарантира чрез напречни пръти „кебапчета” снеобходимия диаметър.

При по-голямо количество армировка и невъзможност за изпълнение на условието заминималното светло разстояние между прътите се допуска стифиране на два до три пръта,р о о е е е φ < 28 За разс о а а а а офор е е с о о е о о о е с апри положение че φ < 28 mm. За разстоянията на така оформените снопове отново е в силагорната зависимост, като на мястото на φ се постави еквивалентен диаметър φn. В случая φn едиаметърът на еднакъв по повърхност единичен прът.

За n0 броя пръти с еднакъв диаметър от един сноп еквивалентният диаметър е: 0nn φφ =

Пръти с различни диаметри могат да бъдат свързвани на снопове, ако φmax/φmin < 1,7. Принормален бетон φn не трябва да надхвърля 55 mm.

При вертикални натиснати пръти на колони и снаждане чрез застъпване се допуска n0 =4, в останалите случаи n0 ≤ 3. За лек бетон е валидно φn ≤ 45 mm и n0 ≤ 2.

Поставената в кофража армировка трябва да бъде фиксирана, така че да не губипроектното си положение по време на бетонирането.

По-малките бетонни покрития от необходимата номинална стойност cnom повишават рискаот корозия на армировката и по този начин застрашават дълготрайността.

Обратно, много големите бетонни покрития намаляват полезната височина на сечениетор , ри по този начин намалява носещата способност на елемента.

За гарантиране положението на армировката в конструктивните елементи се използватфиксатори. Те могат да бъдат различни по форма и в повечето случаи са изработени отпластмаса.

За гарантиране положението на горната армировка на плочи се използват т.нар.„столчета”, стъпващи върху кофража, при положение че техните крачета са покрити спластмаса или стъпват върху долната армировка.

Норматива забранява директно-то стъпване на столчетата върхукофража, освен ако техните “краче-та” са покрити с пластмаса илигума.

Броят на столчетата се избирабтака, че да се осигури стабилно

положението на горната армировка– минимум 3N10/m2 в зоните вкоито има горна армировкакоито има горна армировка.

За осигуряване на проектното положение на по-голям брой армировъчни пръти отгорната мрежа е удачно използването на предварително заготвени заварени армировъчни

Във вертикални стенни елементиф

скелети, които имат S-форма.

освен стандартните фиксатори заосигуряване на бетонното покритиесе използуват S-образни куки задопълнително осигуряване на бетон-допълнително осигуряване на бетонното покритие и U-образни фибипод формата на стремена за гаран-тиране на вътрешното разстояниемежду армировъчните мрежи: