Тема 1. Същност на стоманобетона

Същност на стоманобетона и кратко историческо развитиеисторическо развитие

Стоманобетонът е изкуствен строителен материал, който е съчетание на два различни1. Същност на стоманобетонау р р , д р

по своите физико-механични и деформационни свойства материала – бетон и армировъчнастомана, които работят съвместно.

Бетон Армировъчна стомана

Бетонът се състои от: 41% едър добавъчен материал, 26% фин добавъчен материал( ) 11% 16% 6%(пясък), 11% портланд цимент, 16% вода и 6% въздух.

Бетонът се съпротивлява много добре на натиск, но същевременно не може да поемаголеми опънни напрежения поради малката си якост на опън.

Армировката в стоманобетонните елементи се поставя главно в местата, където се явяватопънни напрежения вследствие на огъване, опън, нецентричен натиск или нецентриченопънопън.

В някои елементи армировката се поставя и за поемане на натискови напрежения – вколони, за усилване на натисковата зона и др.

– натиск: fck = 30 MPa → fcd = 20 MPa;– опън: fctk = 2,0 MPa → fctd = 1,3 MPa.

– натиск: fyk = 500 MPa → fyd = 435 MPa;– опън: fyk = 500 MPa → fyd = 435 MPa.

Икономически по изгодно е работещият по-добре на натиск бетон да се поставяпредимно в области с натискови напрежения, а опънните напрежения в конструкциите да сепредоставят на стоманата. Така съчетания нов строителен материал се нарича стоманобетон.

В една греда на две опори опънните усилия са от долната страна и армировката сепоставя отдолу:

Докато при една конзолна греда армировката трябва да бъде отгоре, тъй като там са инапреженията на опън:

Също така в елементите, подложени на огъване, се появяват не само нормални напрежения, но същои тангенциални и главни напрежения по нормални и наклонени сечения. Като характерът и посоката импреди образуване на пукнатини в опънната зона се вижда най-добре от техните траектории:

Вложените армировъчни пръти (позиция 1 2 и 3) служат за поемане на главните опънни напреженияВложените армировъчни пръти (позиция 1, 2 и 3) служат за поемане на главните опънни напрежения.Най-целесъобразно е част от стоманените пръти да се огънат по начин, позволяващ непосредственопоемане на главните опънни напрежения, предизвикани от огъващия момент (позиция 2 и 3).

За поемането на тангенциалните и на главните опънни напрежения, предизвикани от действието нанапречни сили и огъващи моменти освен огънатите пръти (позиция 2 и 3) се поставят и стременанапречни сили и огъващи моменти, освен огънатите пръти (позиция 2 и 3) се поставят и стремена(позиция 5).

Поставят се и монтажни пръти (позиция 4), необходими за фиксиране проектното положение настремената и образуване на общия армировъчен скелет.

Връзката между бетона и армировката се дължи на значителното сцепление (2,5 ÷ 4,0МРа) между двата материала, обусловено от слепващите и залепващите качества нациментовия камък.

Бетонът не позволява на стоманените пръти да се изтръгнат при всички степени наБетонът не позволява на стоманените пръти да се изтръгнат при всички степени нанатоварване до самото разрушаване на стоманобетонните елементи, т.е. съседните частицина бетона и на стоманата получават еднаква деформация – εs = εс.

Връзката между бетона и армировката не се разрушава и при различни температурниусловия поради почти еднаквите им коефициенти на температурно разширение (αst =0,000012 1/C°, αct = 0,000014 1/C° при температура до 100 °С). Тази малка разлика притемпературни изменения до 50 °С предизвиква незначителни вътрешни напрежения и не сеполучава намаляване на якостта на бетона.

От същевременно значение за дълговечността на стоманобетонните конструкции есвойството на бетона при достатъчно количество цимент (минимум 250 – 270 kg/m3) идостатъчно бетонно покритие (не по-малко от 2 ÷ 4 cm) да предпазва стоманата от корозия.Нещо повече, от опит е установено, че пръти забетонирани с повърхностна ръжда, следгодини при изваждането им от бетона са почистени напълно от ръждата.

Бетонът повишава и пожароустойчивостта на армировъчната стомана.

2. Кратко историческо развитиеНа териториите на Египет и на Пакистан са използвали строителни разтвори със

б 3000 Хсвързващо вещество вар и с добавки от пясък и смлени скали още 3000 години пр.Хр.

Структурата на съвременния бетон обаче се появява около 150 год. пр.Хр. с т.нар.римски бетон (opus caementitium). Свързващото вещество е печен млян варовик, а едритер ( p ) р щ щ р , дрдобавъчни материали са скални или тухлени парчета.

Този бетон е прилаган катомонолитно ядро между зиданитухлени облицовки за стени, но

ф фе полаган и в кофражни форми.

Пантеонът в Рим, строен врпериода 115-125 год., е най-внушителната сграда изцяло отримски бетон.

С цел облекчаване на натоварването, куполът й е изпълняван на тактове от бетони снамаляваща плътност, което е постигано чрез подбор на различни добавъчни материали:

Предшественикът на познатия днес изкуствен свързващ материал цимент се появяваедва в края на XVIII.

От 1844 год. започва същинското индустриално производство при висока температурана т.нар. портландцимент (на името на полуостров в Англия, на който скалите са със сивияцвят на цимента).

Следва раждането на нов изкуствен строителен материал стоманобетон Бързото муСледва раждането на нов изкуствен строителен материал – стоманобетон. Бързото муразпространение е тясно свързано с развитието на индустрията и транспорта в Европа отсредата на XIX век.

Дълго време за откривател на стоманобетона се е смятал френският градинар МониеДълго време за откривател на стоманобетона се е смятал френският градинар Моние(Monier), който при направата на градински съдове от циментов разтвор вложил стоманенамрежа за армировка.

През 1867 год. Моние получил първия патент, а след това (1868-1873 год.) получилпатент и за тръби, резервоари, плочи, сводове и други конструктивни елементи отстоманобетонстоманобетон.

През 1875 год. Моние (Monier) построил първият стоманобетонен пешеходен мост:

Преди Моние, обаче, други двама французи са приложили стоманобетона за различниизделия. В края на 1849 год. Ламбо (Lambot) направил лодка от стоманена мрежа, измазанаот двете страни с циментов разтвор която била изложена на световното изложение в Парижот двете страни с циментов разтвор, която била изложена на световното изложение в Парижпрез 1855 год.:

А през 1850-1861 год. Коанье (Coignet) предложил свои конструктивни елементи отстоманобетон, като подови плочи, сводове и тръби. През 1853 г. Коанье построил и първатакъща с използване на стоманобетон:къща с използване на стоманобетон:

Но и двамата французи не са патентовали своите изобретения.

В Англия появата на стоманобетона датира от 1854 г., в САЩ – от 1855 г, а в Русия – от1885 г1885 г.

Малко известно е например, че рускитемайстори са използвали армиран бетон ощепрез 1802 г (Царскосельский дворец крайпрез 1802 г. (Царскосельский дворец крайСанкт-Петербург), без да осъзнават, че саполучили нов изкуствен строителенматериал и не са го патентовали.р

През 1886 год. германецът Кьонен (Könen) предлага метод за проектиране на плочи. Възоснова на широкообхватни експериментални изследвания друг германец, Мьорш (Mörsch),през 1902 год публикува първата реалистична теория на стоманобетонапрез 1902 год. публикува първата реалистична теория на стоманобетона.

Впечатляващо за това време е проектирането и реализирането на първите безгредовиплочи – от американеца Търнър (Turner) през 1906 год. и швейцарския инженер Майларт(Maillart) през 1910 год(Maillart) през 1910 год.

Наред с приложението на обикновения стоманобетон се появяват предложения и засъздаването на предварително напрегнатия стоманобетон. За първи път такава идея е даламериканецът Джексън (Jackson) през 1886 год и по късно и френския конструкторамериканецът Джексън (Jackson) през 1886 год. и по-късно и френския конструкторФрейсине (E.Freyssinet) през 1911-12 год.

От края на XIX век и особено в началото на XX век наред с първите практическиприложения започва да се развива и теорията за изчисляване на стоманобетонниконструкции създава се метода на допустимите напреженияконструкции – създава се метода на допустимите напрежения.

Този метод е бил развит въз основа на формулите и изводите на съпротивление наматериалите, като стоманобетонът се третира като еднороден и еластичен материал.Практическото и теоретичното развитие на стоманобетона през този период се смята заПрактическото и теоретичното развитие на стоманобетона през този период се смята запърви етап в неговото развитие.

От този период са и първите норми за проектиране на стоманобетона като хомогенен(приведен) еластичен материал, който се прилага като единствен повече от 30 години. Презтози първи период на приложение на стоманобетона у нас се издават два правилника запроектиране на „железобетонните строежи” – от 1928 год. и от 1934 год.

През 1929 проф. Лолейт предлага метода по стадий на разрушаване. Заслуга зар р ф р р ру усъздаването на този метод имат и учените проф. А.А.Гвоздев, проф. В.З.Власов, проф.П.Л.Пастернак и др. Тази методика се нормира у нас през 1948 год. По нея могат да сеопределят меродавните разрушаващи усилия и съответно общ коефициент на сигурност наконструкциитеконструкциите

Успоредно с развитието на теоретичните и експерименталните работи в теорията настоманобетона се създават и редица нови, по-съвършени стоманобетонни конструкции, катопространствените тънкостенни конструкции и предварително напрегнатия стоманобетон,които могат да се използват за покриване на значително по-големи пространства безмеждинни подпори, а същевременно имат и значителен икономически ефект. Този период отразвитието на стоманобетонните конструкции се смята за втори етапразвитието на стоманобетонните конструкции се смята за втори етап.

Третият етап на развитие на стоманобетонните конструкции е свързан с прилагането наоригинални и смели решения, които се обосновават със сложни анализи вече с използванена електронноизчислителна техникана електронноизчислителна техника.

След Великата отечествена война развитието на техническите науки в бившия Съветскисъюз добива огромни размери. В резултат на извършената огромна теоретична иекспериментална работа през 1955 год се създава нов (трети) метод за изчисляване наекспериментална работа през 1955 год. се създава нов (трети) метод за изчисляване настоманобетонните конструкции – метод на граничните състояния. Най-голяма заслуга вразработването и въвеждането на този метод имат съветските учени Н.С.Стрелецки,А.А.Гвоздев, В.М.Кельдиш и др., р

Чрез него достатъчно пълно се диференцират и оценяват основните фактори, коитовлияят на сигурността и експлоатационната годност на конструкциите.

Този метод се нормира у нас през 1957 год и непрекъснато се усъвършенства вТози метод се нормира у нас през 1957 год. и непрекъснато се усъвършенства вследващите правилници и норми от 1968 год., 1980 год. и 1988 год. .

Съвременната система за проектиране на строителни конструкции КонструктивниЕврокодове е базирана също и изключително на „метода на граничните състояния”.р д р щ „ д р

Като начало на съвременен етап от развитието на теорията и практиката настоманобетона може да се счита създаването през 1952 год. и през 1953 год. съответно наМеждународна федерация за предварително напрегнат бетон (FIP) и на Европейски комитетпо бетона (CEB), които се обединяват в Международна федерация по бетон (FIB) през 1998год.

Първите успешни опити на тези организации за хармонизиране на предварителниб й бобщоевропейски принципи и модели за проектиране на стоманобетонните конструкции саизданията CEB-FIP ModelCode 1978 и CEB-FIР ModelCode 1990.

През 1989 год. Европейската комисия възлага на Европейския комитет постандартизация (CEN) изработването на единна система за проектиране на строителнитеконструкции ЕВРОКОДконструкции ЕВРОКОД.

Първото издание на Еврокод 2 (ЕС2) за проектиране на стоманобетонни конструкции епредварителният стандарт от 1992 год. със своята Част 1, съдържаща общите предписания иправилата за сгради (ENV 1992-1).правилата за сгради (ENV 1992 1).

Окончателната версия на Еврокод 2, познат у нас като БДС EN 1992-1-1:2004, е един отдесетте кода на фамилията Конструктивни Еврокодове. .

Развитието на нормативната база за проектиране на стоманобетонни конструкцииРазвитието на нормативната база за проектиране на стоманобетонни конструкциипродължава – вече е публикуван Модел Код 2010 .

3. Структура на ЕврокодоветеНа 06.01.2012г. у нас беше обнародвана Наредба № РД-02-20-19/29.12.2011г. за

проектиране на строителните конструкции на строежите (сгради и съоръжения) чрезевропейската система, която включва отделни части (стандарти), наричани за краткостЕЕврокодове.

В преходен период от две години у нас ще се допуска проектирането да се извършва ипо действащите национални нормативни актове (наредби и норми), но без да се смесватдвете системи След този период остават да действат единствено Еврокодоветедвете системи. След този период остават да действат единствено Еврокодовете.

Предмет на строителните Еврокодове – група от стандарти за конструктивно игеотехническо проектиране на сгради и инженерни съоръжения.

Цел на Еврокодовете да се хармонизират и унифицират различните националниЦел на Еврокодовете – да се хармонизират и унифицират различните националнинорми в областта на строителството и да се премине към единна нормативна база в странитеот Европейския съюз.

Програма „Конструктивни Еврокодове” – съдържа 10 стандарти, които се състоятот различни части:

1. БДС EN 1990 Еврокод 0 „Основи на проектирането на строителни конструкции”Д р д „ р р р ру ц2. БДС EN 1991 Еврокод 1 „Въздействия върху конструкциите”3. БДС EN 1992 Еврокод 2 „Проектиране на бетонни и стоманобет. конструкции”4. БДС EN 1993 Еврокод 3 „Проектиране на стоманени конструкции”4. БДС EN 1993 Еврокод 3 „Проектиране на стоманени конструкции5. БДС EN 1994 Еврокод 4 „Проектиране на комбинирани стомано-стоманобетонни к-ции”6. БДС EN 1995 Еврокод 5 „Проектиране на дървени конструкции”7. БДС EN 1996 Еврокод 6 „Проектиране на зидани конструкции”7. БДС EN 1996 Еврокод 6 „Проектиране на зидани конструкции8. БДС EN 1997 Еврокод 7 „Геотехническо проектиране”9. БДС EN 1998 Еврокод 8 „Проектиране на конструкциите за сеизмични възд-я”10 БДС EN 1999 Еврокод 9 Проектиране на конструкции от алуминиеви сплави”10. БДС EN 1999 Еврокод 9 „Проектиране на конструкции от алуминиеви сплави

Еврокод 2 (ЕС2) съдържа правилата и изискванията за проектиране на конструкции отнеармиран бетон, стоманобетон и предварително напрегнат стоманобетон и съдържаследните части:следните части:

Част 1-1: Общи правила и правила за сгради.Част 1-2: Проектиране на бетонни и стоманобетонни к-ции за пожарно състояние;

Ч 2 С б ПЧаст 2: Стоманобетонни мостове. Правила за проектиране и конструиране;

Част 3: Конструкции на резервоари за течности и насипни материали

Еврокодовете се прилагат заедно с национално определени параметри, които важатр д р д ц р д р р ,само за Република България и отчитат местните условия и традиции. Те са систематизиранив т.н. Национални приложения към всяка част.