21. Чем характеризуются пластические свойства арматурных сталей? что такое физический предел текучести стали, условный предел текучести?
Пластические свойства арматурной стали характеризуются относительным удлинением при ее испытании на длительные деформации удлинения
Пределом текучести (физическим) Sт называется напряжение, при котором в материале начинают интенсивно накапливаться остаточные (пластические) деформации, причем этот процесс идет при практически постоянном напряжении.
При отсутствии площадки текучести (см. рисунок) определяют условный предел текучести.
Основные механические свойства сталей характеризуются диаграммой «напряжения—деформации», получаемой путем испытания на растяжение стандартных образцов. Все арматурные стали по характеру диаграмм «-» подразделяются на:
1) стали с явно выраженной площадкой текучести (мягкие стали);
2) стали с неявно выраженной площадкой текучести (низколегированные, термически упрочненные стали);
3) стали с линейной зависимостью «-» почти до разрыва (высокопрочная проволока).
Основные прочностные характеристики:
для сталей вида 1 — физический предел текучести у;
для сталей видов 2 и 3— условный предел текучести 0,2, принимаемый равным напряжению, при котором остаточные деформации составляют 0,2 %, и условный предел упругости0,02, при котором остаточные деформации 0,02 %.
Помимо этого характеристиками диаграмм являются предел прочности su(временное сопротивление) и предельное удлинение при разрыве, характеризующее пластические свойства стали.(СМ РИС)
Малые предельные удлинения могут послужить причиной хрупкого обрыва арматуры под нагрузкой и разрушения конструкции; высокие пластические свойства сталей создают благоприятные условия для работы железобетонных конструкций. В зависимости от типа конструкций и условий эксплуатации наряду с основной характеристикой — диаграммой «-» в ряде случаев необходимо учитывать другие свойства арматурных сталей: свариваемость, реологические свойства, динамическое упрочнение и т. п.Под свариваемостью понимают способность арматуры к надежному соединению с помощью электросварки без трещин. Реологические свойства характеризуются ползучестью и релаксацией. Ползучесть арматурных сталей проявляется лишь при больших напряжениях и высоких температурах. Гораздо опаснее релаксация – падение напряжений во времени при неизменной длине образца (отсутствии деформаций).
22. В чем различие работы железобетонных конструкций, армированных мягкими сталями и высокопрочной арматурой. Причины появления предварительно напряженных конструкций.
"Мягкая" арматура (классы А-I, A-II, A-III) на диаграмме растяжения (1) имеет три главных участка: упругие деформации (здесь действует закон Гука), площадку текучести при напряжениях pl (предел текучести) и упруго-пластические деформации (криволинейный участок). При проектировании конструкций используют первый и второй участки. Текучесть стали в той или иной степени учитывают в расчетах нормальных сечений на изгиб (при слабом армировании, при многорядном расположении арматуры и т.д.), в расчетах статически неопределимых конструкций по методу предельного равновесия и в других случаях. Третий участок в расчетах не участвует - деформации там столь велики, что в реальных условиях они соответствуют уже разрушению конструкций.
"Твердая", или высокопрочная арматура (классы А-IV, Ат-IV и вы-ше, B-II, Bp-II, K-7, K-19) не имеет физического предела текучести (2,3), она деформируется упруго до предела пропорциональности, а далее диаграмма постепенно искривляется.
У "твердых" сталей прочность выше, чем у "мягких", но зато меньше удлинения при разрыве , т.е. у них хуже пластические свойства, они более хрупкие. "Мягкая" и "твердая" сталь - понятия, разумеется, условные и в официальных документах отсутствуют, но они очень удобны в обиходе, потому их широко используют в научно-технической литературе.
При предварительном напряжении растянутой под нагрузкой арматуры возникает предварительно напряженное состояние. Растягивающие напряжения в сжатой от внешней нагрузки зоне достаточно велики. В нижней зоне возникают сжимающие напряжения большой величины, поэтому эпюра носит нелинейный характер.
В процессе приложения нагрузки, сжимающие напряжения гасятся растягивающими, от внешней нагрузки.
После того, как растягивающие напряжения от внешней нагрузки превысят сжимающие от предварительного напряжения элемент работает по 2-й стадии, как обычный, но с большей несущей способностью. Третья стадия аналогична обычному железобетонному элементу.(СМ РИС)
Причины использования преднапряженных конструкций:
В предварительно напряженных конструкциях представляется возможность использовать высокоэкономичную стержневую арматуру повышенной прочности и высокопрочную проволочную арматуру, позволяющих в среднем до 50% сокращать расход дефицитной стали в строительстве.
Предварительное обжатие растянутых зон бетона значительно отдаляет момент образования трещин в растянутых зонах элементов, ограничивает ширину их раскрытия и повышает жесткость элементов, практически не влияя на их прочность.
Предварительно напряженные конструкции часто оказываются экономичными для зданий и сооружений с такими пролетами, нагрузками и условиями работы, при которых применение железобетонных конструкций без предварительного напряжения технически невозможно или вызывает чрезмерно большой перерасход бетона и стали для обеспечения требуемой жесткости и несущей способности конструкций.
Предварительное напряжение, увеличивающее сопротивление конструкций образованию трещин, повышает их выносливость при работе на воздействие многократно повторяющейся нагрузки. Это объясняется уменьшением перепада напряжений в арматуре и бетоне, вызываемого изменением величины внешней нагрузки. Правильно запроектированные предварительно напряженные конструкции безопасны в эксплуатации, так как показывают перед разрушением значительные прогибы, предупреждающие об аварийном состоянии конструкций.