Железобетонный каркас: преимущества, виды и технология строительства

Содержание

Железобетонный каркас: особенности конструкций многоэтажных зданий

Технология строительства железобетонных каркасных домов редко применяется для малоэтажных объектов. Наибольшую эффективность она доказала при проектировании и строительстве высотных зданий. В тоже время железобетонный каркас частного дома небольшой этажности станет причиной резкого удорожания конструкции.

На фото – ж/б каркас многоэтажного здания

Каркас из железобетона обладает рядом весомых преимуществ:

  1. Длительность эксплуатации и отличные несущие характеристики, что можно считать одним из главных плюсов.
  2. Увеличенная длина пролетов по сравнению со сборными конструкциями – до 6 м. Это еще один аргумент в непрактичности применения ж/б в строительстве зданий малой этажности.

Совет: если вам необходимо в материале сделать различные проходы для коммуникаций, используйте алмазное бурение отверстий в бетоне.

Бурение отверстий в бетонных конструкциях

Состав железобетона

Он заслужил звание главного конструктивного материала современности благодаря оптимальному сочетанию компонентов – арматуры и бетона усиленной прочности:

  1. Согласно ГОСТ 7473-94, бетоном называют искусственный материал каменистой формы. Его производство заключается в правильном подборе комбинации вяжущих компонентов, воды и различных добавок, повышающих его прочность и свойства бетона. Далее происходит отвердевание бетонной смеси и рождение самого материала.
  2. Основой для производства стальной арматуры в соответствии с ГОСТ 10884-81 является низколегированная сталь. Ее получают горячекатаным методом, придавая ей рифленость, чтобы улучшить соприкосновение с бетоном.

Сочетание этих двух компонентов неслучайно, они хорошо дополняют друг друга. Сцепляясь с бетоном, арматура препятствует его крошению и ломке при изгибе или растяжении конструкций.

Вышеназванные качества, а также стойкость железобетона к нагрузкам, которым подвергается здание, позволяют применять материал на всех этапах строительства – от фундаментов до крыши.

Совет: для демонтажа ЖБИ лучше всего зарекомендовала себя резка железобетона алмазными кругами.

Демонтаж ж/б перекрытий

Разновидности железобетонных каркасов

В строительной индустрии выделяют два вида:

  1. Сборные, которые производятся из отдельных элементов на заводе.
    Они состоят из:
    • ригелей;
    • колонн;
    • основ лестничных проемов.

Готовые элементы доставляют на стройплощадку для последующего монтажа.Недостаток очевиден –ограничение выбора форм из-за установленных предприятием стандартов деталей.

  1. Монолитные, они возводятся на месте строительства с применением готовой бетонной смеси определенной марки. Их изготавливают и отливают по индивидуальному проекту, с упором на выбранные формы.
    Этот вид каркаса чрезвычайно популярен среди застройщиков по ряду своих достоинств:
    • нет ограничений по конфигурации и расположению элементов здания;
    • способны принимать любые, даже самые невероятные архитектурные формы;
    • выдерживать любую этажность и нагрузку.

Для производства монолитного железобетонного каркаса вместе с перекрытиями применяется съемная опалубка. Инструкция предполагает ее установку перед началом работ, поле чего происходит ее заливка бетоном. В результате скорость процесса значительно увеличивается, что позволяет закончить строительство в кратчайшие сроки.

Железобетонный монолитный каркас здания на стройплощадке

Материал наружных стен не имеет для каркаса никакого значения, они могут быть:

  • кирпичными;
  • навесными;
  • пенобетонные.

Здания на основе монолита прекрасно вписываются в архитектуру и ландшафтные особенности местности.

Совет: благодаря гибкости конструкций владельцы квартир могут себе позволить необычные решения планировки.

Температура окружающей среды оказывает влияние на усилия, возникающие в конструкциях. Чтобы ограничить это воздействие, здание разрезают на отсеки, при этом длина температурного блока железобетонного каркаса и другие его размеры зависят от материала каркаса, климатических условий региона строительства и теплового режима сооружения. Обычно параметры определяются расчетом.

Температурный блок

Положительные стороны монолитного каркаса

  1. Данный вариант предполагает распределение нагрузок между составляющими каркаса с целью экономии расходных материалов при возведении объектов. За это отвечают жесткие детали, которые перераспределяют нагрузки от колонн в пользу балок и перекрытий.
  2. Любое нетрадиционное сечение колонн – основных несущих элементов здания, естественно смотрится в планировке здания.
  3. При создании ограждающих барьеров и стен своими руками предпочтение отдается материалам с высокими показателями теплоизоляции. На сегодня таким являются однослойные блоки из ячеистого бетона. (См. также статью Уплотнение бетона: особенности.)

Как возводятся железобетонные каркасные дома

Незначительная деформация ж/б каркаса происходит ввиду провала под несущей колонной. Он возникает из-за взаимодействия монолитного каркаса с плитой фундамента. Провал предусматривается проектом с целью сократить расходы материалов при возведении здания.

Но, больше всего цельный ж/б каркас ценят за стойкость к технологическим катастрофам. Жесткая основа выдержит мощный взрыв, повлекший разрушение наружных стен.

Многоэтажное жилье на его основе предлагается во всех ценовых категориях – от бюджетной до люксовой. Практика доказала, что потребительские свойства многоэтажного здания подобного типа намного выше по сравнению с панельным и кирпичным вариантом.

Повышение эффективности монолитного каркасного жилья

Несмотря на высокие технологические показатели и качества безопасности, строители находятся в постоянном поиске улучшения свойств монолитных каркасов, эффективность их использования и сокращении расходов материалов.Одним из таких способов является повышение марки используемого бетона. За счет этого снижается расход дорогостоящей стальной арматуры и происходит сокращение сметы строительства.

Наибольшая эффективность достигается при армировании бетона на 3% и более.

Монолитный каркас оптимизируется по:

  • сечению элементов из ж/б;
  • марке;
  • степени армирования используемого бетона.

Еще один способ, также применяемый в монолитно-каркасном строительстве, — углубление коробки здания в грунт на глубину до двух этажей. Подземная и цокольная части, включая наружные стены, выполняются в монолитном варианте. Таким образом, жесткость здания повышается за счет передачи нагрузок от здания более плотной структуре пластовых грунтов.

Строительство монолитно-каркасного частного дома

К сожалению, цена строительства малоэтажного дома для семьи по этой технологии пока что остается недоступной большинству граждан. Значительные статьи расходов – дорогостоящие системы опалубки и аренда техники для доставки бетонной смеси и производства бетона.

Для таких целей рекомендуется применение сборных конструкций, которые намного дешевле. Да и нагрузки на здание высотой в 2-3 этажа намного ниже и использование монолитного каркаса в таком случае становится нерациональным ввиду низкой эффективности его использования.

Вывод

Из статьи стало понятным, что каркасное строительство характеризуют два типа — сборный железобетонный каркас и монолитный.

Отличаются они между собой способом установки на стройплощадке – первый изготавливается на заводе и собирается на объекте, второй – непосредственно на участке работ.

Использование ж/б каркаса дает возможность создавать надежные здания свободной планировки. Видео в этой статье поможет найти вам дополнительную информацию по этой тематике.

КАРКАС «КАЗАНЬ XXI В» | Железобетонные каркасы


ОБЩЕЕ ОПИСАНИЕ КОНСТРУКТИВНОГО РЕШЕНИЯ

В данном разделе указана область применения; представлены конструктивные решения и размеры сборных колонн, ригелей и диафрагм жёсткости, также узлы сопряжения элементов; обоснованы принципы расчёта и обеспечения пространственной жёсткости несущих конструкций, указана область применения, данные об экспериментальных исследований фрагмента каркаса.


Запатентованные конструктивные решения каркаса

Основные положения сборно-монолитного железобетонного каркас изложены в патенте Российской Федерации на изобретение №2281362 «Сборно-монолитный железобетонный каркас многоэтажного здания «Казань-XXI В» с датой приоритета от 27 декабря 2004г, а также в патентах на узлы сопряжения конструктивных элементов каркаса.


Технико-экономическое показатели сборных, монолитных и сборно-монолитных каркасов

Железобетонный каркас здания может реализовываться в трех вариантах:

  1. со сборным каркасом;
  2. с монолитным каркасом;
  3. со сборно-монолитным каркасом.

Выбор той или иной системы каркасного дома зависит от множества факторов и определятся решением заказчика строительства по рекомендациям проектировщиков и строителей. В статьях данного раздела приводятся приемущества и недостатки различных конструктивных систем каркасных зданий.


Фирма каркас

ООО «ПКФ «Каркас» специализируется на проектировании несущих каркасных систем совместно с основаниями и фундаментами, в том числе сборно‑монолитных каркасов, основанных  на собственных запатентованных разработках. Благодаря узкой направленности нам удалось приобрести большой опыт и навыки в проектировании железобетонных конструкций каркасных домов.


Наши проекты

На сегодняшний день технологию изготовления сборных изделий каркаса «КАЗАНЬ XXI» освоили 5 заводов ЖБИ (ЖБК) Казани и в других городах республики Татарстан, возведены — 5 жилых домов, находятся на стадии строительства — 4, на стадии проектирования — 2. Ниже представлены построенные, а также около 40  вариантов  планировок типовых этажей каркасных зданий, которые возможно в короткие сроки «привязать» к конкретным условиям и Вашим пожеланиям к объёмно-планировочному решению и этажности каркасного здания, даны планировочные показатели и экспликация помещений. Возможна реализация любого из представленных домов в сборном и монолитном вариантах.

  1. Проекты с применением сборно-монолитного каркаса «КАЗАНЬ XXI В»
  2. проекты со сборными каркасами (раздел публикуется)
  3. наши новые, а также типовые проекты, предлагаемые для привязки

Каркасы зданий

Полный и неполный каркасы многоэтажных зданий

   В современном многоэтажном строительстве широко применяют каркасную конструктивную схему с полным каркасом и самонесущими или навесными стенами и с неполным каркасом и несущими стенами. По роду материалов каркасы в этих зданиях выполняют преимущественно из железобетона, но в малоэтажных каменных зданиях иногда применяют внутренний каркас с кирпичными столбами. Стальной каркас применяют в гражданских и промышленных зданиях при значительной высоте или больших пролетах. Кирпичные столбы внутреннего каркаса устраиваются из полнотелого кирпича на растворах высоких марок. Для увеличения несущей способности столбов применяют поперечное или продольное армирование, в первом случае сетки из проволоки укладывают через 2—4 ряда в швы кладки, во втором — вертикально установленные стержни арматуры снаружи столба связывают хомутами и покрывают защитным слоем раствора.

   Железобетонные каркасы разделяются на сборные и монолитные, причем первые являются более индустриальными. Монолитный каркас применяют редко, в уникальных зданиях или по особым технологическим требованиям. Колонны и прогоны в монолитном каркасе, армированные стержнями продольной арматуры и поперечными хомутами, составляют единое целое. Бетонирование каркаса осуществляется в опалубке.

   Сборные железобетонные каркасы (рис. 19) являются основным типом каркасов многоэтажных зданий. Этот каркас в гражданских зданиях состоит из одно- или двухэтажных стоек (колонн) -и ригелей таврового или прямоугольного сечения. По высоте стойки соединяются сваркой стальных оголовков колонн между собой или сваркой концов арматурных стержней, выпущенных из тела стоек с последующим замоноличиванием стыка. Стыки стоек при этом располагают в каждом этаже или через этаж на расстоянии 0,6—1 м от уровня пола. Ригели присоединяют к стойкам сбоку с помощью сварки закладных стальных деталей, предусмотренных в этих конструктивных элементах, и с последующей заделкой бетоном.


Рис. 19. Сборный железобетонный каркас
1 — колонна; 2 — стык колонны; 3 — ригель; 4 — стык ригеля с колонной; 5—настил перекрытия

   В многоэтажных промышленных зданиях применяют балочную и безбалочную схемы каркасов. Элементами каркаса являются колонны с фундаментами под ними и ригели перекрытий, вместе образующие железобетонные рамы. Сборный железобетонный каркас с балочным ререкрытием проектируют как рамную, рамно-связевую или шарнирно-связевую системы. При рамной системе вертикальные и горизонтальные нагрузки, приходящиеся на здание, воспринимают железобетонные рамы с жесткими узлами. В рамно-связевой системе рамы с жесткими узлами воспринимают только вертикальные усилия, а горизонтальные усилия воспринимают перекрытия, передавая их на поперечные и торцовые стены и лестничные клетки. Если узлы рам имеют не жесткое, а шарнирное крепление, такая система называется шарнирно-связевой, передача нагрузок при этом происходит также, как и в рамно-связевой. Сборные железобетонные каркасы с балочным перекрытием (рис. 20) широко применяют при возведении многоэтажных промышленных зданий. Балочное перекрытие состоит из ригелей (прогонов), опирающихся на консоли колонн, и ребристых плит, уложенных по прогонам. Сборные элементы каркаса соединяются сваркой закладных деталей с последующим замоноличиванием.


Рис. 20. Многоэтажное здание с балочными перекрытиями

   При безбалочной схеме (рис. 21) на капители колонн, выполненные в виде усеченной пирамиды квадратного сечения в основании, опирают многопустотные надколонные панели. На эти панели укладывают панели перекрытия. При безбалочной схеме перекрытие получается меньшей высоты, чем при балочной, но требуется больше бетона и стали, кроме того, более трудоемок монтаж.


Рис. 21. Многоэтажное промышленное здание со сборными безбалочными перекрытиями

   Лучшие показатели имеют сборно-монолитные безбалочные перекрытия. В этой конструкции капителью служит плоская железобетонная плита с отверстием для колонны. На плиту опираются межколонные многопустотные панели, а на них — пролетные панели. Арматурную сетку, укладываемую по межколонным панелям, сваривают с арматурой пролетных панелей и заполняют бетонной смесью. Недостатком такой конструкции является применение монолитного бетона.

   

стр.1  стр.2  стр.3  стр.4  стр.5

Сборно-монолитный пространственный железобетонный каркас многоэтажного здания

Область применения

Заявляемое изобретение относится к области гражданского строительства и может быть использована в конструкциях сборных железобетонных каркасов, преимущественно многоэтажных зданий различного назначения, в том числе для жилых, и общественных зданий общего назначения.

Каркасная система предусматривает использование сборных железобетонных конструкций, монтаж которых осуществляется по соответствующим схемам, позволяющим создавать различные типы зданий.

Известна универсальная домостроительная система многоэтажного здания, в каркасе которого используются несущие элементы в виде Н-рам, содержащих две стойки и связанный монолитно с ними ригель (патент RU №2585330, МПК Е04В 1/20, Е04С 2/04, Е04С 3/20). Рамная Н-образная конструкция сборного железобетонного каркаса здания, выполненная из бетона с несущей арматурой и содержащая, по крайней мере, две вертикально ориентированные колонны прямоугольного сечения, снабженные соединительными элементами, и ригель, связывающий колонны и выполненный за одно целое с ними, по крайней мере, одну консоль для закрепления на ней балки и размещенную на боковой грани колонны, свободной от ригеля, при этом соединительные элементы расположены в верхней и нижней частях колонны с возможностью образования при стыковке вышестоящей рамной конструкции с нижестоящей стыковочных узлов, расположенных, по крайней мере, в угловых зонах колонн в области стыка.

Однако описанное решение в настоящее время не нашло применения в конструкциях каркасов многоэтажных зданий. В частности, это обусловлено сложностью выполнения стыковочного узла между колоннами рам смежных этажей.

Наиболее близкими к заявляемым решениям является сборная железобетонная каркасная конструкция многоэтажного здания, содержащая каркас с рамными конструкциями, по крайней мере, часть которых включает выполненные за одно целое, по крайней мере, колонную и ригельную части, при этом ригельная часть выступает за колонную часть, отличающаяся тем, что рамная конструкция имеет Н-образную форму, при этом стыки вертикальных частей рамной конструкции расположены в середине высот междуэтажного пространства (патент на полезную модель RU №. 62622, МПК Е04В 1/16).

Недостатком данного технического решения является недостаточная надежность каркаса при воздействиях на здание особых нагрузок (взрыв газа, сейсмические толчки).

В основу настоящего изобретения положена задача создать сборную железобетонную каркасную конструкцию и ее несущих элементов — рамных конструкций, которые позволили бы повысить устойчивость здания к воздействиям возникающим при чрезвычайных ситуациях (ЧС) и при этом повысить эффективность строительства многоэтажных зданий и снизить его стоимость при обеспечении возможности возведения многоэтажных зданий различного функционального назначения с применением гибкой планировки внутреннего пространства.

Поставленная задача решается тем, что сборная железобетонная каркасная конструкция многоэтажного здания, формируется из Н-рам, выполненных из железобетона, отличающийся тем, что Н-рамы устанавливаются в направлениях продольных и поперечных осей здания в различных сочетаниях, примыкают друг к другу с монтажным зазором между собой и соединяющихся в местах стыка друг с другом в горизонтальной плоскости стяжными элементами, а по вертикали выпусками арматуры из стоек и муфтами с последующим совместным омоноличиванием вертикальных стыков стоек в местах примыкания Н-рам монолитным бетоном. Стыки стоек Н-рам находятся посредине высоты этажа.

Техническим результатом является повышение пространственной устойчивости, прочности каркаса здания за счет пространственного расположения отдельных Н-рам, и объединения их в местах примыкания друг к другу горизонтальными связями и бетоном омоноличивания вертикальных стыков стоек, расположенных на уровне средины высоты этажа, а также упрощение монтажа за счет использования бессварных способов соединения несущих элементов конструкции и сокращения количества стыковочных узлов за счет монолитного соединения стоек с ригелем, что влечет увеличение скорости сборки. Для увеличения общей устойчивости пространственного каркаса дополнительно могут применяться диафрагмы жесткости в виде отдельных связей или стеновых элементов.

Изобретение поясняется чертежами, где на Фиг. 1 представлена Н-образная рама, общий вид, на Фиг. 2 — вариант компоновки этажа здания собранный из Н-рам располагаемых ортогонально друг к другу (перекрестно-рамная система), на Фиг. 3 показан фрагмент каркаса, Н-рамы расположены по высоте в два яруса, на Фиг. 4 показан узел соединения 2х Н-рам, на Фиг. 5 показан узел соединения 3х Н-рам, на На Фиг. 6, 7 показаны стыки рам омоноличенные бетоном. Фиг. 8 показан пример расположения Н-рам для многоэтажного здания (план), на Фиг. 9 показана схема расположения плит перекрытий (план).

Позициями на чертежах обозначены: 1 — стойка рамы, 2 — ригель, 3 — арматурные выпуски, 4 — отверстия для горизонтальных связей, 5 — шпонки, 6 — Н-рама продольного направления, 7 — Н-рама поперечного направления, 8 — рядовые плиты перекрытия, 9 — горизонтальный стяжной элемент, 10 — соединительные муфты, 11 — связевые плиты перекрытий по наружному контуру, 12, 13 — связевые плиты перекрытий внутренние, 14, 15 — доборные плиты лестнично-лифтового узла. 16 — бетон омоноличивания вертикальных стыков стоек рам.

Н-рама представляет собой две вертикальные (стойки) 1, соединенные горизонтально расположенным ригелем 2 с прямоугольным поперечным сечением (Фиг. 1), выполненным как одно целое образуя с ней единую конструкцию, при этом ригель выполнен примыкающим к стойкам преимущественно в их центральной части. Возможен вариант расположения ригеля в зонах, приближенных к периферии стоек (ближе к верхней или нижней частям стоек). Стойки 1 рамной конструкции могут быть выполнены с квадратным или прямоугольным поперечным сечением, при этом в варианте выполнения стойки с прямоугольным сечением, ригель может быть расположен как с узкой, так и с широкой стороны стойки.

Максимальные габариты рамных конструкций ограничены возможностями транспортировки, так как их изготовление осуществляют в заводских условиях.

Сечение стоек может меняться в зависимости от этажности здания и, соответственно, от величины вертикальной и горизонтальной нагрузок.

Стойки 1 рамной конструкции снабжены отверстиями 4 для размещения стяжных элементов используемых для соединения между собой соседних Н-рам, углублениями 5 на боковых поверхностях для образования шпонок, арматурными выпусками 3 на верхних и нижних торцах стоек для соединения Н-рам между собой по вертикали (Фиг. 1).

Н-образную раму изготавливают в заводских условиях в опалубочной форме на горизонтальных столах или в кассетах. Для соединения стоек рам по вертикали используются выпуски 3 (Фиг. 1) и муфты (обжимные, винтовые, комбинированные)

Для соединения Н-образных рамных элементов сборного каркаса здания между собой в горизонтальной плоскости используют стяжки — 9 (Фиг. 4, 5). Стяжка выполнена в виде арматурного прутка с резьбой на концах. Стяжка фиксируется с двух сторон стыка гайками и шайбами.

Изобретение реализуется следующим образом.

В соответствии с монтажной схемой устанавливаются рамы продольного и поперечного направлений первого этажа затем рамы соединяются между собой стяжками 9 (Фиг 4, 5). Стяжки 9 соединяют между собой стойки 1 Н-рам в уровне расположения ригелей, при этом стяжка 9 проходит через примыкающие друг к другу стойки 1 (Фиг. 4). Н-рамы 7 (Фиг. 6) ортогонального направления соединяются с рамами продольного направления 6 (Фиг. 6) также стяжками 9, проходящими через стойку 1 рамы 7 и вертикальный шов между рамами 6 (Фиг. 5). Между примыкающими друг к другу рамами 6-6-7 предусматриваются монтажные зазоры, которые после установки и фиксации рам заполняются раствором. После монтажа рам первого этажа, заделки монтажных швов и омоноличивания вертикальных стыков стоек рам в уровне фундамента устанавливаются плиты перекрытий первого этажа. После этого монтируются Н-рамы следующего этажа и так далее. На каждом этапе производится обетонирование вертикальных стыков примыкающих другу к другу стоек рам 6, 7, при этом все стыки, примыкающих друг к другу рам бетонируются одновременно.

Диск перекрытия состоит из рядовых и связевых плит: 8 — рядовая плита; 11 — связевая плита на контуре; 12, 13 связевые плиты внутренние (Фиг. 7). Также могут применяться доборные плиты 14, 15 (Фиг. 7) в лестнично-лифтовых узлах. Жесткость диска перекрытия в горизонтальной плоскости обеспечивается связями плит перекрытий между собой и ригелями каркаса.

Сравнение заявленного технического решения с уровнем техники известным из научно-технической и патентной документации на дату приоритета в основной и смежной рубриках не выявило средство, которому присущи признаки, идентичные всем признакам, содержащимся в предложенной заявителем формуле полезной модели, включая характеристику назначения. То есть, совокупность существенных признаков заявленного решения ранее не была известна и не тождественна каким-либо известным техническим решениям, следовательно, оно соответствует условию патентоспособности «новизна».

Данное техническое решение промышленно применимо, поскольку в описании к заявке и названии изобретения указано его назначение, оно может быть изготовлено промышленным способом и использовано для строительства.

Техническое решение работоспособно, осуществимо и воспроизводимо, а отличительные признаки позволяют получить заданный технический результат — упрощение и ускорение монтажа, повышение надежности здания при нагрузках на здание, возникающих при чрезвычайных ситуациях, т. е. являются существенными.

Изобретение в том виде, как она охарактеризована в каждом из пунктов формулы, может быть осуществлена с помощью средств и методов, описанных в прототипе, ставшим общедоступным до даты приоритета изобретения. Следовательно, заявленное техническое решение соответствует условию патентоспособности «промышленная применимость».

Сборно-монолитный каркас здания из Н-рам, выполненных из железобетона, отличающийся тем, что Н-рамы устанавливаются в направлениях продольных и поперечных осей здания в различных сочетаниях, примыкают друг к другу с монтажным зазором между собой и соединяются в местах стыка друг с другом в горизонтальной плоскости стяжными элементами, а по вертикали — выпусками арматуры из стоек и муфтами с последующим совместным омоноличиванием вертикальных стыков стоек в местах примыкания Н-рам монолитным бетоном.








Как принципиально устроен и «работает» железобетонный каркас здания

Элементы каркасов в системе строительной конструкции

Основными несущими элементами железобетонных каркасов являются фундаменты, устои жёсткости, колонны и плиты перекрытий. При необходимости организации подземного пространства под каркасом и/или вокруг него устраиваются стены подвала, выполняющие помимо опорной функции для горизонтальных элементов плит ещё и функцию восприятия бокового давления грунта.

Основной функцией фундаментной конструкции здания или сооружения является восприятие нагрузок от вышележащей конструкции и передача их на грунт основания. Это утверждение верно для фундамента любой строительной конструкции, не только каркаса здания.

Основным назначением устоя каркаса является обеспечение общей геометрической неизменяемости и устойчивость конструкции. Наравне с основной своей функцией устой обеспечивает также и передачу нагрузок на фундаменты. Конструктивно устой каркаса может быть выполнен в виде ствола жёсткости или диафрагм жёсткости. Ствол (или устой) жёсткости представляет собой вертикальную тонкостенную трубу сложного, чаще всего замкнутого, поперечного сечения. Ту же функцию несут и диафрагмы жёсткости. Принципиальная разница между стволом и диафрагмой заключается в том, что ствол является пространственной стеновой конструкцией, а диафрагма по своей сути представляет собой плоскую стену. Чаще всего устой жёсткости выполняется на всю высоту каркаса (с низу до верху), в противном случае будет иметь место избыточная податливость тех этажей каркаса, на которых стены отсутствуют. Это может показаться странным, однако подобное решения иногда находят своё применение в практике проектирования многоэтажных зданий.

Наравне с термином «ствол жёсткости» в проектной практике используют и «ядра жёсткости». По всей видимости, второй вариант появился в связи с тем, что часто устой имеет замкнутое сечение и располагается в центре плана здания, поскольку такая форма и расположение являются предпочтительными для восприятия нагрузок.

Колонны каркаса являются вертикальными несущими элементами. Они однозначно воспринимают нагрузки с горизонтальных элементов — балок и плит перекрытий — и передают их на фундамент. А вот восприятие колоннами каркаса горизонтальных нагрузок зависит от того, присутствует ли в каркасе хотя бы один устой жёсткости. Дело в том, что жёсткость устоя на изгиб значительно превышает аналогичный параметр для колонны, такое положение дел определяется заметной разницей в размерах поперечных сечений этих элементов. Если в каркасе присутствует один или несколько даже относительно небольших в плане устоев жёсткости,

Варианты исполнения железобетонных конструкций

Железобетонная конструкция исполняется в двух вариантах — сборном или монолитном. В первом случае изделие изготавливается на заводе и поставляется на строительную площадку в полностью готовом виде, и её остаётся только установить в проектное положение. Во втором случае весь технологический процесс создания конструкции — установка опалубки, армирование и бетонирование и так далее — происходит непосредственно на площадке. У каждого из этих подходов есть свои преимущества и недостатки. Их мы рассмотрим в другой раз.

Фундаменты конструктивно выполняются в виде отдельных ростверков по сваям или в виде сплошной фундаментной плиты. В первом случае каждый из вертикальных несущих элементов (устой жёсткости или колонна) опирается на собственный ростверк, во втором — опорой для всех этих элементов является единая фундаментная конструкция. Железобетонные фундаменты выполняются монолитными.

Чаще всего приходится иметь дело с монолитным решением конструкций каркаса. Во всех проектах моего портфолио фундаменты (ростверки и фундаментные плиты) выполняются монолитными, равно как и плиты перекрытий и покрытий. Стены стволов жёсткости также чаще всего «заливаются» на стройплощадке. А вот диафрагмы жёсткости и колонны могут исполняться как монолитном, так и в сборном вариантах. Сваи фундаментов решаются либо сборными (забивные), либо монолитными (набивные и прочие). 

 

Автор статьи — Шатров Евгений Юрьевич
Копирование информации допускается только без видоизменений и со ссылкой на источник

Все статьи

перевод на английский, синонимы, антонимы, примеры предложений, значение, словосочетания

Другие результаты
На кладбище, в день захоронения, этот гроб будет опущен в большой бетонный или металлический каркас. At the cemetery, on the day of burial, that casket will be lowered into a large concrete or metal vault.
Он и его маленькая команда в ручную сделали алюминиевый корпус и деревянный каркас. He and his little team hand-crafted the aluminium body and the wooden frame.
Фундамент он уже заложил, а на фундаменте покоился деревянный каркас будущих стен. The foundation had been laid, and there were wooden beams framing what would eventually be walls.
Человек в латах снял свой крылатый шлем, и двое оруженосцев поставили перед ним деревянный каркас. He removed his winged helm and two retainers erected a wooden skeleton frame.
Я сделал каркас из лесного ореха, в который я вплёл английские цветы и кустарники. What I’ve done, I’ve built a frame out of hazel, through which I have weaved English flowers and shrubs.
Каркас её тела оснащен оружием и способен выдерживать атаки. Its body chassis is heavily armored and hardened to withstand external attack.
Каркас дома будет готов дня чрез два. The frame of the house should be finished in a day or two.
Он с интересом наблюдает за отчаянными попытками Лизи объединить все силы природы в единый математический каркас. But the downside is that these devices use radio frequency transmissions to transfer data.
Каркас фасадный стоечно-ригельный образован полыми профилями одинакового поперечного сечения, выполненными экструзией из алюминиевого сплава. The mullion and transom facade frame is made up of hollow profiles of identical cross section which are extruded from an aluminium alloy.
Арочный каркас сконструирован из 40-метровых деревянных балок, закрепленных вверху на 8-метровом кольце, венчающем купол. The supporting structure of the dome is made of 40m long ribs, fitted to the ring, 8m in diameter, at the top of the dome in a vault-like structure.
Поэтому я заменила металлический каркас на мягкую, тонкую сеть из нити, в 15 раз прочнее стали. So I replaced the metal armature with a soft, fine mesh of a fiber 15 times stronger than steel.
Цельнолитой перфорированный металлический каркас соединен с мягким базисом из Силикона-А путем механического крепления за счет отверстий. The one-piece, perforated metal framework is connected to the soft silicone A base by mechanical attachment as a result of the openings.
Вы помещаете каркас под кожу пациента, и со временем он рассасывается, не оставляя ничего, кроме хряща. You place the scaffold beneath the subject’s skin, and it dissolves over time, leaving nothing but the cartilage.
Более пятисот лет тому назад Леонардо да Винчи набросал схему парашюта: обтянутый тканью жесткий каркас пирамидальной формы, замедляющий скорость падения. A notebook owned by Leonardo da Vinci more than 500 years ago contained his concept for a parachute. His design used cloth stretched over a rigid, pyramid-shaped frame to create drag.
ДКП излагает ряд фундаментальных принципов, которые устанавливают базовый каркас для общего исследования и использования космоса. The OST propounds a number of fundamental principles which establish the basic framework for general space exploration and utilization.
Именно, потому что, гляди, если поднять, там окажется лишь металлический каркас. I know, exactly, because when you lift it up there’s nothing but a metal cage under there.
Итак, второй балкон, частично ограниченный обзор, нет доступа к уборной и вы будете обязаны в случае чрезвычайной ситуации, заменить каркас прожектора. Okay, second balcony, partially obstructed view, no bathroom privileges and you must stipulate that, in emergencies, you can change a spotlight shell.
Хорошо, это пространственный каркас рамы… OK, this space-frame chassis…
У людей — скелет, у машин — каркас. People have skeletons; cars, they have chassis.
Я сделал каркас из лесного ореха, в который я вплёл английские цветы и кустарники. What I’ve done, I’ve built a frame out of hazel, through which I have weaved English flowers and shrubs.
Форма и каркас доска к доске? Fashion the framework board by board?
Он в основном переделывает их каркас в облако He’s basically moving their carcass to the cloud.
Считаю до трех… Убирай свой мерзкий, лживый… напудренный каркас из моего номера! I’m going to give you to the count of three to get your lousy, lying, lowdown, four-flushing carcass out my door!
Пока я пытался выправить её, я врезался в причал, повредив каркас каноэ. As I struggled to right her, I banged into the jetty, damaging the canoe’s carcass.
Я попрошу тебя подвесить этот каркас на дереве. So I’m gonna have you string up this carcass in a tree.
Он мог разобрать металлический каркас, алюминиевые ребра и распорки. He could see the metal hull, the aluminum ribs and struts.
Это полимерная структура, натянутая на нержавеющий стальной каркас. This compound is a polymer, stretched over a non-corrosive steel frame.
Каркас, конечно, был ужасен. Of course the frame was heinous.
Что значит прорезать каркас? What does cracking the frame mean?
Ладно, нам нужно прорезать каркас. Okay, we’re gonna crack the frame.
Мистер Рорк, у вас готов стальной каркас готического фонаря для здания Американской радиокорпорации? Mr. Roark, are you ready with the steel cage for the Gothic lantern for the American Radio Corporation Building?
Выращивают донорские стволовые клетки а затем собирают их и создают каркас на 3D принтере. They culture donor stem cells… And then harvesting them and then 3D printing a scaffold.
Они присели на поваленный ствол дерева и смотрели на каркас здания, видневшийся сквозь кустарник. They sat down on a fallen tree trunk, they saw the structure in the distance through the stems of the brushwood.
Рорк поднялся по тропинке на вершину утёса, где в синее небо поднимался стальной каркас дома Хэллера. Roark walked up the path to the top of the cliff where the steel hulk of the Heller house rose into a blue sky.
Каркас делается не из того же дерева, что столбики The frame isn’t made of the same wood as the bedposts.
Вы помещаете каркас под кожу пациента, и со временем он рассасывается, не оставляя ничего, кроме хряща. You place the scaffold beneath the subject’s skin, and it dissolves over time, leaving nothing but the cartilage.
Увидеть он не мог, потому что там, где должны были лежать его ноги, торчал проволочный каркас, покрытый одеялом. He could not see it, because the bedclothes were supported on a wire cradle.
Кто бы это ни сделал, тоннель прорыт на 18 метров, потом метр сквозь железобетон, а это всё до того, как добрались до 10 сантиметров стали. Yeah, whoever did this tunneled at least 20 yards, then had to get through three feet of steel-reinforced concrete, and that was before they got to the five inches of solid steel.
Храм Стоддарда не снесли — в его каркас вписали пять этажей, где разместили спальни, аудитории, амбулаторию, кухню и прачечную. The Stoddard Temple was not torn down, but its framework was carved into five floors, containing dormitories, schoolrooms, infirmary, kitchen, laundry.
17 марта 1930 года, когда началось строительство, каркас вырастал на четыре с половиной этажа в неделю. When construction began on March 17, 1930, the framework rose at a rate of four and a half stories per week.
Может, металлический каркас — это карта? Maybe the iron framework is a map.
Расположи протоны и нейтроны, используя павильоны как каркас. Structure the protons and the neutrons using the pavilions as a framework.
Представьте, пожалуйста, бесконечное пространство, через которое проходит каркас из невидимых линий, как проволочная сетка, поддерживающая бетонный столб. Picture, if you will, the vastness of space, and through it, a framework of invisible lines like wire mesh supporting a pillar of concrete.
Заменить все окна, восстановить каркас. Every pane replaced, the framework restored.
Он забрался на каркас и отвинтил крышку входного люка. Hendricks made his way over to it. He mounted the mesh and unscrewed the hatch, pulling it back.
Угол антикрыла, трубчатый каркас, подвеска, тормоза. Wing angle, roll bar, suspension, brakes.
От моей Триумфальной Арки из папье-маше остался один скрюченный каркас. My papier-mache Arc de Triomphe is a mass of twisted chicken wire.
Огонь только уничтожил деревянный каркас и наши вещи. The fire only burnt the wood off as well as our stuff.
Все мои требования к ней — это просто каркас для её собственных мыслей, собственных идей. What I want from her is within the framework of her own thinking, her own creativity.
И практически невозможно восстановить мышечный каркас в поврежденной области. It’s almost impossible to regain muscle definition in the affected areas.
У тебя есть каркас. You have the skeletons.
Стальная конструкция заключена в бетон, а фундамент и стены подвала-в железобетон. The steel structure is encased in concrete and the foundation and basement walls are reinforced concrete.
Гондола представляла собой открытый каркас из бамбуковых шестов, на котором был установлен бензиновый двигатель Симмса мощностью в три с половиной лошадиных силы. The gondola was an open framework of bamboo poles, on which was mounted a Simms petrol engine of three and a half horse power.
Железобетон содержит арматуру и другие металлические подкрепления, которые удаляются с помощью магнитов и перерабатываются в других местах. Reinforced concrete contains rebar and other metallic reinforcements, which are removed with magnets and recycled elsewhere.
В кузов монокока встроен стальной каркас безопасности, окружающий пассажирский салон, с разборными секциями двигателя и багажника для дополнительной защиты пассажиров. The monocoque body integrated a steel safety cage that surrounded the passenger compartment, with collapsible engine and trunk sections for added passenger protection.
Над земляными крышами возвышался деревянный каркас, поддерживавший черепичную крышу. Above the earthen roofs was a timber framework supporting a tiled roof.
Каркас движущегося Близнеца не инерционен в периоды, когда он ускоряется. The traveling twin’s frame is not inertial during periods when she is accelerating.
Каркас, удерживающий керамику, обычно изготавливается в больших блоках, что придает этим танкам, и особенно их башням, характерный угловой вид. The framework holding the ceramics is usually produced in large blocks, giving these tanks, and especially their turrets, a distinctive angled appearance.
Катушка также имеет железный каркас, который обеспечивает низкое магнитное сопротивление пути. The coil also has an iron frame that provides a low magnetic path resistance.
С помощью электрофильного ароматического замещения на бензольный каркас вводится множество функциональных групп. Using electrophilic aromatic substitution, many functional groups are introduced onto the benzene framework.

Сборный железобетонный каркас – оптимально с пазогребневыми блоками. : Новый тип быстровозводимого сборного железобетонного каркаса. : Цель нашей работы состоит в том, чтобы создавать дома, которые дают людям ощущение настоящего удовлетворения от жизни в них. : Тёплый дом

Каркас пятиэтажного многоквартирного жилого дома

Каркасы с Т и Г — образными колоннами эффективны при возведении жилья с годовым выпуском изделий каркаса для строительства общей площадью до 50 тыс. м3 в год и предназначены в основном для малоэтажного жилищного строительства с узким шагом колонн, для строительства административных зданий и объектов социального, культурного и бытового назначения. Они предполагают быструю организацию собственного производства, применение своих плит перекрытия, что важно для большего разнообразия фасадов и при отсутствии поставщиков многопустотных плит. При собственном производстве прибыль от поставки сборного железобетона остается у подрядчика строительства при минимальных капиталовложениях в производство.

Каркас эффективно применяется в тех случаях, когда в качестве стенового материала используются пазогребневые блоки с легкими заполнителями.

 

Фрагмент безригельного каркаса с колоннами «Т» и «Г» — образного сечения

Колонна с «Т» — образным сечением

 

Колонна с «Г» — образным сечением

 

Ригель каркаса

Применение каркаса, практически заменяет крупнопанельное домостроение при относительно небольших объемах производства и при минимальных капитальных вложениях в индустриальную технологию.

Что такое железобетонная каркасная конструкция?

Моналиса Патель — инженер-строитель, получившая степень магистра (ME) в Колледже инженерии и технологий L.J в Ахмадабаде в 2018 году. Она является инженером (гражданским) в SDCPL — Gharpedia. Помогать людям решать их вопросы о строительстве — это ее страсть. Помимо того, что она блоггер, она также участвует в проектировании конструкций в SDCPL. С ней можно связаться в LinkedIn, Twitter, Instagram и Facebook.

Железобетонные конструкции — один из самых популярных конструктивных элементов.Он очень конкурентоспособен со сталью, если экономично спроектирован и реализован практически там, где работа по центрированию и опалубке дешевая. Философия железобетонных конструкций гласит, что бетон прочен на сжатие, но очень слаб при растяжении. Следовательно, для простоты конструкции его пределом прочности на растяжение пренебрегают. Везде, где возникает растяжение, вероятны трещины, перпендикулярные растягивающему усилию. Следовательно, обеспечивается стальная арматура, и считается, что всему натяжению противостоит сталь.Из-за напряжения, развиваемого моментом, основная арматура помещается на поверхность растяжения, чтобы задержать трещины и обеспечить прочность на растяжение элемента.

Также читайте: Разница между R.C.C. Рама и несущая конструкция
Преимущества железобетонной конструкции:
  • Хорошее сжатие по сравнению с большинством других материалов, используемых в строительстве, а также хорошее растяжение.
  • Его огнестойкость лучше, чем у стали, поэтому он способен противостоять огню в течение более длительного времени.
  • Обладает долгим сроком службы при низких затратах на техническое обслуживание.
  • В некоторых конструкциях, таких как опоры, плотины и опоры; это самый экономичный конструкционный материал.
  • Ему можно отлить любую требуемую форму, что делает его наиболее экономичным конструкционным материалом.
  • Из него получаются жесткие элементы с минимальным прогибом.
  • Предел текучести стали примерно в 15 раз превышает прочность на сжатие конструкционного бетона и более чем в 100 раз превышает предел прочности на растяжение.
  • Использование стали в бетоне позволило бы уменьшить размер поперечного сечения.
  • Для монтажа требуется менее квалифицированный персонал по сравнению с другими конструктивными системами.
Недостатки железобетонной конструкции:
  • Она требует тщательного перемешивания, заливки и отверждения, все это влияет на конечную прочность элемента.
  • Стоимость опалубки, используемой для заливки бетона, относительно высока.
  • Обладает низкой прочностью на сжатие по сравнению со сталью, что приводит к образованию больших секций в колоннах / балках в многоэтажных зданиях. В бетоне возникают трещины из-за усадки и большое приложение динамических нагрузок.
  • Если бетонирование не выполнено должным образом, сталь начинает корродировать, что приводит к потере прочности и, в конечном итоге, сокращается срок службы. К тому же ремонт в таком случае очень дорогой и сложный.

Проектирование конструкции можно рассматривать как процесс выбора подходящих материалов и пропорциональных элементов конструкции. Для выполнения своего предназначения конструкция должна соответствовать условиям безопасности, удобства эксплуатации, экономичности и функциональности.

Двумя основными методами проектирования усиленной структурной системы являются:
  • Метод рабочего напряжения
  • Метод предельных состояний
Коды для проектирования конструкции RCC:
  • IS (Индийский стандарт) 456-2000
  • ACI (Американский институт бетона) 318-89
  • ICC (Международный строительный кодекс) 2009
  • NZS (стандарт Новой Зеландии) 3101
  • Euro 2
Также прочтите: Что такое структурная система несущей рамы?

Моналиса Патель — инженер-строитель, получившая степень магистра (ME) в Институте Л.J Колледж инженерии и технологий Ахмадабада в 2018 году. Она инженер (гражданский) в SDCPL — Гарпедия. Помогать людям решать их вопросы о строительстве — это ее страсть. Помимо того, что она блоггер, она также участвует в проектировании конструкций в SDCPL. С ней можно связаться в LinkedIn, Twitter, Instagram и Facebook.

Продемонстрируйте свои лучшие разработки

Навигация по сообщениям

Еще из тем

Используйте фильтры ниже для поиска конкретных тем

Компоненты железобетонных зданий

НОВОСТИ | ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ | ЛИСТ

Бетонные каркасные здания — очень распространенный вид современных построек.Обычно он состоит из бетонного каркаса или каркаса. Вертикальные стержни — это колонны, а горизонтальные — балки. Кроме того, бетонные конструкции зданий состоят из плит, которые используются в качестве опоры и потолка / крыши. Среди них колонна является жизненно важной по той причине, что несет основную нагрузку конструкции.

Конструкция армированного бетона каркаса на самом деле представляет собой связанный каркас из элементов, которые надежно связаны друг с другом. Такие ассоциации известны как моментные связи.Существуют даже различные виды ассоциаций, которые составляют шарнирные ассоциации, которые в основном используются в стальных конструкциях, хотя бетонные каркасные конструкции обладают моментными ассоциациями примерно во всех случаях.

Основные компоненты бетонных каркасных конструкций — Бетонные конструкции:

Плиты: это листовой компонент, который выдерживает нагрузки в основном из-за изгиба. Обычно они несут вертикальные нагрузки.

При работе с горизонтальными нагрузками из-за огромного момента инерции они могут выдерживать относительно значительные силы ветра и землетрясения, а затем смещать их в сторону балки.

Балки: Они несут нагрузки от плит и даже прямые нагрузки, такие как кирпичные стены и их собственные массы. Лучам могут помогать различные лучи или они могут поддерживаться через колонны, создающие важный компонент рамы. В основном это изгибные компоненты.

Колонны: это вертикальные компоненты, несущие нагрузки от балок, а также от более высоких колонн. Поддерживаемые нагрузки могут быть эксцентрическими или осевыми. Колонны жизненно важны в отличие от перекрытий и балок.

Это по той причине, что в случае обрушения одиночной балки это будет ограниченное обрушение пола, однако в случае обрушения колонны это может привести к разрушению всей конструкции.

Foundation: это компоненты, передающие нагрузку. Нагрузки от стен и колонн передаются на землю через фундаменты.

Различные значимые части бетонных каркасных конструкций:

1. Лифтовые шахты
2.Стенки сдвига

Для получения более подробной информации перейдите по следующей ссылке civildigital.com

Проблема с железобетоном

Сам по себе бетон является очень прочным строительным материалом. Великолепный Пантеон в Риме, крупнейший в мире купол из неармированного бетона, находится в отличном состоянии спустя почти 1900 лет. И все же многие бетонные конструкции прошлого века — мосты, шоссе и здания — рушатся. Многие бетонные конструкции, построенные в этом столетии, к его концу устареют.

Учитывая сохранившиеся древние постройки, это может показаться любопытным. Решающее отличие — это современное использование стальной арматуры, известной как арматура, скрытая внутри бетона. Сталь в основном состоит из железа, и одно из неизменных свойств железа — то, что оно ржавеет. Это ухудшает долговечность бетонных конструкций, что трудно обнаружить и дорого ремонтировать.

Хотя ремонт может быть оправдан для сохранения архитектурного наследия знаковых зданий 20-го века, например, спроектированных пользователями железобетона, такими как Фрэнк Ллойд Райт, сомнительно, будет ли это доступным или желательным для подавляющего большинства сооружений.Писатель Роберт Курланд в своей книге Concrete Planet оценивает затраты на ремонт и восстановление бетонной инфраструктуры только в Соединенных Штатах в триллионы долларов, которые будут оплачиваться будущими поколениями.

Для замены старых мостов нужны новые деньги. 1stPix Фила / Flickr.com, CC BY-NC

Стальная арматура была кардинальным нововведением 19 века. Стальные стержни добавляют прочности, позволяя создавать длинные консольные конструкции и более тонкие плиты с меньшей опорой.Это сокращает время строительства, поскольку для заливки таких плит требуется меньше бетона.

Эти качества, продвигаемые напористым, а иногда и двуличным продвижением бетонной промышленности в начале 20 века, привели к его огромной популярности.

Железобетон конкурирует с более прочными строительными технологиями, такими как стальной каркас или традиционные кирпичи и строительный раствор. Во всем мире он заменил экологически чувствительные, низкоуглеродные варианты, такие как сырцовый кирпич и утрамбованную землю — исторические практики, которые также могут быть более долговечными.

Инженеры начала 20 века думали, что железобетонные конструкции прослужат очень долго — возможно, 1000 лет. На самом деле продолжительность их жизни больше примерно 50-100 лет, а иногда и меньше. Строительные нормы и правила обычно требуют, чтобы здания сохранялись в течение нескольких десятилетий, но разрушение может начаться всего через 10 лет.

Многие инженеры и архитекторы указывают на естественное сходство стали и бетона: они имеют схожие характеристики теплового расширения, а щелочность бетона может помочь подавить ржавчину.Но по-прежнему отсутствуют сведения об их составных свойствах — например, в отношении изменений температуры, связанных с воздействием солнца.

Многие альтернативные материалы для армирования бетона, такие как нержавеющая сталь, алюминиевая бронза и фибро-полимерные композиты, еще не получили широкого распространения. Доступность простой стальной арматуры привлекает застройщиков. Но многие проектировщики и разработчики не принимают во внимание дополнительные расходы на обслуживание, ремонт или замену.

Дешево и эффективно, по крайней мере, в краткосрочной перспективе. Луиджи Кьеза / Wikimedia Commons, CC BY-SA

Существуют технологии, которые могут решить проблему коррозии стали, например, катодная защита, при которой вся конструкция подключается к антикоррозийному электрическому току. Существуют также интересные новые методы контроля коррозии с помощью электрических или акустических средств.

Другой вариант — обработать бетон составом, ингибирующим ржавчину, хотя он может быть токсичным и не подходящим для зданий.Есть несколько новых нетоксичных ингибиторов, включая соединения, извлеченные из бамбука, и «биомолекулы», полученные из бактерий.

По сути, однако, ни одно из этих достижений не может решить врожденную проблему, заключающуюся в том, что использование стали внутри бетона разрушает его потенциально большую долговечность.

Экологические затраты на реконструкцию

Это имеет серьезные последствия для планеты. Бетон является третьим по величине источником выбросов углекислого газа после автомобилей и угольных электростанций.Только на производство цемента приходится примерно 5% мировых выбросов CO₂. Бетон также составляет самую большую долю отходов строительства и сноса и составляет около трети всех отходов свалок.

Переработка бетона сложна и дорога, снижает его прочность и может катализировать химические реакции, ускоряющие распад. Миру необходимо сократить производство бетона, но это будет невозможно без строительства долговечных конструкций.

Рекультивация арматуры: дорогостоящая работа.Анна Фродезиак / Wikimedia Commons

В недавней статье я предполагаю, что широкое признание железобетона может быть выражением традиционного, доминирующего и, в конечном итоге, разрушительного взгляда на материю как на инертную. Но железобетон на самом деле не инертен.

Бетон обычно воспринимается как каменный, монолитный и однородный материал. Фактически, это сложная смесь вареного известняка, глинистых материалов и большого количества каменных или песчаных заполнителей.Сам известняк представляет собой осадочную породу, состоящую из раковин и кораллов, на формирование которых влияют многие биологические, геологические и климатологические факторы.

Это означает, что бетонные конструкции, несмотря на все их каменные поверхностные качества, на самом деле состоят из скелетов морских существ, вымоченных в скалах. Эти морские существа живут, умирают и превращаются в известняк через миллионы и миллионы лет. Этот временной масштаб резко контрастирует с продолжительностью жизни современных зданий.

Сталь также часто считается инертной и упругой. Такие термины, как «железный век», предполагают древнюю долговечность, хотя артефакты железного века сравнительно редки именно потому, что они ржавеют. Если видна строительная сталь, ее можно обслуживать, например, если мост Харбор-Бридж в Сиднее неоднократно красится и перекрашивается.

Однако, будучи заделанной в бетон, сталь скрыта, но тайно активна. Влага, проникающая через тысячи крошечных трещин, вызывает электрохимическую реакцию.Один конец арматуры становится анодом, а другой — катодом, образуя «батарею», которая обеспечивает преобразование железа в ржавчину. Ржавчина может расширять арматурный стержень в четыре раза, увеличивая трещины и заставляя бетон расколоться в процессе, называемом скалыванием, более известным как «рак бетона».

Конкретный рак: некрасиво. Саранг / Wikimedia Commons

Я предлагаю изменить наше мышление и признать бетон и сталь яркими и активными материалами.Это не случай изменения каких-либо фактов, а скорее переориентация того, как мы понимаем эти факты и действуем в соответствии с ними. Чтобы избежать отходов, загрязнения окружающей среды и ненужного восстановления, потребуется мыслить далеко за рамки дисциплинарных представлений о времени, и это особенно верно для строительной отрасли.

Разрушенные цивилизации прошлого показывают нам последствия краткосрочного мышления. Мы должны сосредоточиться на строительстве структур, которые выдержат испытание временем, чтобы не получить громоздкие, заброшенные артефакты, которые не больше подходят для своего первоначального назначения, чем статуи острова Пасхи.

Железобетон

Здание Хайлера было спроектировано с использованием железобетонной структурной системы, облицованной на основных и наиболее заметных фасадах искусственной каменной обшивкой.

Технология строительства железобетонных конструкций, первоначально использовавшаяся в промышленных сооружения на заре двадцатого века стали новаторскими современная система, которая имеет много преимуществ по сравнению с массивной кладкой аналоги, когда он стал популярным для коммерческих структур благодаря 1920-е годы Эта структурная система значительно повысила огнестойкость здания, что сделало его одним из первых фаворитов для использования в промышленных и производственных зданиях.

Наряду с другими технологиями, созданными в то время, такими как лифты и электрические системы, бетонная структурная каркасная система также позволил застройку все более высоких зданий.

Каркасы железобетонные с равномерно расположенными клетками системы колонн, позволяющие создать интерьер, который можно оставить как большое открытое пространство или разделены на помещения с непостоянными, не несущими стенами. Точно так же на внешней стороне здания эта система позволяла неструктурное заполнение между колоннами, которое может быть заполнено большие окна, декоративные пазухи или другие элементы.

В то время как бетон использовался для строительства с древних времен, а римские инженеры укрепляли свои бетонные здания с различными материалами, включая черепки старой керамики, кирпичи, конский волос и дерево, только в 1800-х годах современный железобетон начали складываться. Один из первых патентов на железобетон. был выпущен в 1867 году французскому садовнику Жозефу Монье, который изобрел способ заливки металлического каркаса в бетон для изготовления садовых кадок и плантаторы. К концу девятнадцатого века архитекторы и инженеры во Франции и Восточной Европе экспериментировали с перевод этой концепции в архитектуру и инженерию.

Свойства бетона и его применение в архитектуре и инженерные проекты были впервые реализованы в США с масштабное строительство канала Эри в начале 1800-х гг. При строительстве канала было обнаружено что из выкопанного камня можно было сделать отличное качество гидравлический цемент. Хороший гидравлический цемент, водостойкий клей, был обычное дело в Европе, но очень дорогое в Соединенных Штатах до этого открытие. Гидравлический цемент местного производства, который в основном продается из районов Локпорт, штат Нью-Йорк и Ниагарский откос, использовался в строительство каналов и шлюзов, а затем стал ценным товаром отгружается по региону.2

Однако до широкого распространения бетона прошло почти столетие. для зданий в этом округе. Первое здание, построенное из железобетон в Соединенных Штатах был Дом Уильяма Э. Уорда, расположен в Порт-Честере, штат Нью-Йорк (NR 1976; Википедия). Построенный инженером-механиком Уордом между 1873 и 1876 годами, дом был полностью построен из железобетона, включая его мансардную крышу и башню в стиле готического возрождения. В то время как здание оставило бетон открытым, отмечая его уникальный строительный материал, стиль дома был в общепринятом Внутренняя лексика эпохи Второй Империи и Возрождения готики, включая даже лепные бетонные цитаты дать иллюзию традиционной каменной конструкции и дизайна.В то время как впечатляющие инновации Уорда в области железобетона были опубликованный в нескольких источниках, материал оставался в основном малоиспользуемая новинка того времени. 3

Архитектор английского происхождения Эрнест Лесли Рэнсом (1852-1917) был одним из первых новаторов в США, исследовавших потенциал железобетона в качестве строительного материала, экспериментируя с витая арматура в 1880-х гг. Его работа укрепилась бетон как широко распространенная, практичная и экономичная технология. Первоначально работая в районе Сан-Франциско, он построил несколько здания и мосты за это время до переезда на восток Берег.В 1897-1898 годах Рэнсом приписывают введение американского строители к железобетону как каркасной конструкционной системе, а не в виде твердого материала, похожего на стену, с его новаторским Pacific Нефтеперерабатывающий завод Coast Borax в Байонне, Нью-Джерси. Пока это здание наружные стены, задуманные как самонесущая кладка, внутри — балочно-балочная конструкция перекрытия. Когда разрушительный пожар охватил здание фабрики в 1902 году, уничтожив только его содержимое и любые элементы древесины, Тихоокеанское побережье Borax Building продемонстрировал огнестойкость усиленного бетонное здание.В 1902 году Рэнсом запатентовал настоящий усиленный скелет. бетонный метод строительства при разработке пристройки к Тихому океану Нефтеперерабатывающий завод Coast Borax, расширяющий плиту перекрытия за поверхность здание, которое тогда могло бы включать большие окна и кирпичные стены. Эта система, которая, как полагают, была введена Рэнсомом, создала первая настоящая железобетонная сетчатая внешняя стена 4

К 1905 году железобетон как архитектурный и инженерный материал был хорошо зарекомендовал себя, отчасти благодаря новаторству Рэнсома Работа.В эту раннюю эпоху использование железобетона в значительной степени ограничивается промышленными и производственными зданиями из-за его проверенных огнестойкость, прочные и очищаемые поверхности, достаточный свет обеспечивается большими окнами, что стало возможным благодаря его неструктурному внешнему виду стены, а также его устойчивость к вибрации. Детройтский архитектор и инженер Альберт Кан также был хорошо известен тем, что использовал конструкционные система для его многих заводских разработок этой эпохи, в том числе Packard Завод (1903, NRE) первое использование железобетона для завода в г. Детройт, а также Джордж Х.Автомобильный завод Pierce Company (1906-1907, NR 1974) .5

В то время как железобетон широко использовался для заводов и промышленных зданий, это было незадолго до начала производства железобетона. для использования в других архитектурных приложениях. Рэнсом (с Карлтоном Т. Стронг) спроектировал апартаменты Berkeley (также известные как отель Graystone) в Буффало в 1884–1887 (NR 1987), ранний пример большого многоэтажного железобетонного здания, оформленного в стиле итальянского Возрождения.

В 1903 году 15-этажное здание Ingalls Building в Цинциннати, штат Огайо (NR 1975), построенный фирмой Эльзнера и Андерсона с использованием Ransome’s запатентованная витая стальная арматура, была отмечена как первая железобетонный каркас небоскреба. Это здание продемонстрировало успешное использование железобетона для высотных зданий.

Пока железобетонные конструкционные системы были выявлены и оставлены в значительной степени непригоден для промышленного применения, при использовании в жилых или коммерческих приложений структурная система была часто облаченные в более элегантную кожу из декоративного кирпича или каменная кладка.И апартаменты Беркли, и здание Ингаллс подчеркнут эту эстетику своими орнаментированными фасадами, облицованными мрамор, терракота, глазурованный кирпич, литой бетон (в случае Berkeley Apartments) и другие материалы, выполненные в самых популярных архитектурные стили эпохи. Эти примеры показывают желание замаскировать концертную раму неструктурным и чисто декоративная кожа. Кажется очевидным, что архитекторы и дизайнеры time хотел различать жилые и коммерческие применения железобетон от объединений с заводами и промышленными использует.Также очевидно сохраняющееся ощущение того, что появление твердого кладка была более эстетичной, особенно для больше бытовых приложений. Эта тенденция продолжалась несколько десятилетий, о чем свидетельствует здание Хайлера 1926 года, которое также было спроектировано с чисто декоративной и неструктурной облицовкой поверх железобетонного каркаса.

Литой камень

По иронии судьбы, здание Хайлер представляет собой элегантное каменное здание. внешний вид отчасти благодаря другой популярной и инновационной технологии эпохи — искусственный или литой камень.Восточный и северный фасады здания облицованы искусственным камнем. материал, известный как искусственный камень, литой камень, бетон камень или под многими другими названиями. Он также использовался для изготовления таких элементов, как молдинги, консоли и детализированные панели6

Этот материал был экономичным способом имитации внешнего вида и внешний вид натурального камня, добытого в карьерах, за небольшую часть стоимости и был широко использовался во второй половине девятнадцатого века; он получил еще более широкое признание в двадцатом веке.7

Материал изготовлен из смеси воды, песка, крупного заполнителя, и вяжущие вещества, такие как натуральные цементы, портландцементы, оксихлоридные цементы и цементы на основе силиката натрия, используемые в качестве связующих агенты. В зависимости от различных используемых элементов окраска и внешний вид литого камня мог сильно различаться, имитируя многие разные виды и цвета натурального камня. Например, используя легкая цементная матрица и добавление дробленого мрамора, полученный литой камень может напоминать известняк, который может быть смесью, используемой для Здание Хайлера.Кроме того, литые блоки могут быть вырезаны или обработаны еще больше усиливают их сходство с натуральным камнем.8

В здании Хейлер использовался литой камень, чтобы создать иллюзию натуральный камень за небольшую плату, улучшающий внешний вид здания величия, изысканности и элегантности в лучших магазинах Буффало улица.


1 На чертежах Хортона обозначены многие декоративные элементы, такие как лепные украшения, панели и консоли из резного известняка; тем не мение они кажутся идеально соответствующими цвету и текстуре искусственного каменная обшивка здания.Эти элементы, похоже, были отрисованы из литого или искусственного камня.

2 Дженнифер Валковски, Исторические ресурсы разведывательного уровня Обзор — город Локпорт, округ Ниагара, штат Нью-Йорк. (Буффало, апрель 2011) 4-16.

3 L.E. Gobrecht, William E. Ward House Национальный регистр Номинация «Исторические места», 1976 год. Государственный исторический заповедник штата Нью-Йорк. Офис. Интернет.

4 Бетси Х. Брэдли, Работы: Промышленная архитектура Соединенных Штатов (Нью-Йорк: Оксфорд, Великобритания, 1999) 156-157.

5 Брэдли 157–159.

6 Хотя рисунки Хортона указывают, что детали должны быть вырезаны известняка, трудно определить, проводилось ли это в финальное здание. Эти элементы так искусно переданы и прекрасный внешний вид, соответствующий цвету и текстуре поверхностный камень; они, кажется, были завершены из литого камня. Этот метод широко использовался для такой повторяющейся, детальной резьбы на время.

7 Интересно отметить, что Фредерик Рэнсом, отец пионер железобетона Эрнест Л.Рэнсом был одним из первых пионеров в искусственный камень, получив патент на искусственный песчаник в г. Англия в 1844 году. См .: The Mechanic’s Magazine, ed. Р.А. Brooman, Vol. LXVI Лондон: Робертсон, Бруман и Ко, 3 января — 27 июня 1857 г .: 126.

Железобетон

Проектирование — это нечто большее, чем расчет сил в элементах конструкции и определение пропорций секций. Требования к строительным нормам Американского института бетона для конструкционного бетона (ACI 318-08) Раздел 7.13 и PCA Примечания к строительным нормам ACI 318-11 , EB712, излагают положения для усиления структурной целостности, предназначенные для повышения непрерывности, повышения избыточности и пластичности конструкций. Это достигается за счет обеспечения, как минимум, некоторого непрерывного усиления или связи между горизонтальными элементами каркаса. Кодекс предусматривает детализацию арматуры для предотвращения чрезмерной ширины трещин в условиях эксплуатации.

Хороший структурный анализ и проектирование должны быть дополнены соответствующими деталями армирования, чтобы гарантировать, что конструкция в целом ведет себя так, как моделируется проектировщиком.С другой стороны, плохо детализированная конструкция может страдать от неприглядных трещин, чрезмерного прогиба или даже обрушения. Хорошие детали и конструкции стержней должны быть практичными, удобными в сборке, рентабельными и подходящими для предполагаемого использования.

Арматура предназначена в основном для сопротивления внутренним растягивающим силам, рассчитанным на основе анализа. Кроме того, в зонах сжатия предусмотрено усиление для увеличения способности к сжатию, увеличения пластичности, уменьшения длительных прогибов или увеличения способности балок к изгибу.

Кроме того, арматура необходима для предотвращения чрезмерного растрескивания в результате усадки или температурных изменений удерживаемых элементов конструкции. Боковое армирование (хомуты, стяжки и обручи) используется для обеспечения сопротивления основным растягивающим напряжениям, возникающим в результате сдвига. Боковое армирование в высоконапряженных участках зон сжатия балок и стыков колонн обеспечивает удержание. Это особенно важно для конструкций, расположенных в зонах повышенного сейсмического риска.

Важно обеспечить адекватную площадь арматуры, необходимую для противодействия внутренним силам растяжения или сжатия, необходимым для достижения расчетной прочности сечения.Предусмотренная область армирования не будет полностью эффективной, если она не будет полностью развита. Основным требованием для разработки арматурных стержней является то, что арматурный стержень должен быть встроен в бетон на достаточном расстоянии с каждой стороны критического сечения, чтобы развить пиковую силу растяжения или сжатия в стержне в этом сечении. Армирование может быть выполнено с помощью длины заделки, крючков, механических анкерных устройств, деформированной арматуры с головкой или комбинации этих методов.

Помимо обеспечения достаточных площадей армирования и требуемой длины развертки, следует провести хорошую детализацию с учетом общей структурной целостности. Общая способность железобетонной конструкции выдерживать аномальные нагрузки, возникающие в результате непредвиденных событий, которые не могут быть учтены при проектировании, может быть существенно улучшена путем внесения относительно небольших изменений в детализацию арматуры.

Публикации

Примечания PCA к Строительному кодексу ACI 318-11, EB712
Акцент делается на «как использовать» код, включающий обсуждение положений кодекса и полностью проработанные проектные решения для реальных проблем.Было установлено, что это руководство также является неоценимым подспорьем для преподавателей, подрядчиков, производителей материалов и продукции, органов строительного кодекса, инспекторов и других лиц, участвующих в проектировании, строительстве и регулировании бетонных конструкций. Публикация на более чем 900 страницах помогает лучше понять искусство и науку строительной инженерии за счет представления последних исследований и процедур проектирования. Включая обсуждения истории и философии конкретного дизайна, документ стремится проинформировать читателя как о «букве закона», так и, что более важно, о «духе», лежащем в основе положений кодекса.

Упрощенное проектирование железобетонных зданий, EB204
В этом новом, четвертом издании практикующим инженерам представлены экономящие время методы анализа, проектирования и детализации основных элементов каркаса железобетонного здания. Пересмотренный и обновленный до ACI 318-11, он включает положения о сейсмической и ветровой нагрузке в соответствии с Международным строительным кодексом (IBC 2009). Все уравнения, вспомогательные средства проектирования, графики и требования к кодам были обновлены до текущих кодов.Были добавлены расширенные иллюстрации теории и основ, а также новые средства проектирования, позволяющие экономить время, чтобы включить более широкий диапазон значений прочности бетона. Также содержит новую главу об экологичном дизайне.

PCA 100-2012, Предписательное проектирование наружных бетонных стен для одно- и двухквартирных домов, EB562
В этой публикации предлагается упрощенный подход к проектированию бетонных оснований, фундаментных стен и надземных стен с учетом обеих нагрузок. несущие и ненесущие, предназначены в первую очередь для использования в отдельно стоящих одно- и двухквартирных домах.Это второе издание стандарта пересмотрено для согласования с критериями минимальных расчетных нагрузок для зданий и других конструкций Американского общества инженеров-строителей (ASCE) от 2010 года, изложенными в Требованиях к зданиям Американского института бетона для конструкционного бетона от 2011 года. Стоимость в 70 долларов. Доступен в формате PDF с паролем.

Сейсмическая детализация бетонных зданий , SP382
Эта публикация содержит исчерпывающий обзор требований к сейсмической деталировке, содержащихся в Требованиях Строительных норм для конструкционного бетона (318-05) и Комментариях (318R-05), которые приняты посредством ссылки в Международный строительный кодекс 2006 года.Дополнительный компакт-диск включен с деталями армирования балок, колонн, двусторонних плит, стен и фундаментов. 2007 г., 80 стр. Доступно в виде печати

Примечания PCA к требованиям строительных норм ACI 318-08 для конструкционного бетона с проектными приложениями

Бетонные полы на земле, EB075

Долговечные характеристики бетонных полов не случайны.Необходимо обратить внимание на различные факторы, влияющие на толщину плиты и другие элементы конструкции, такие как стыки и земляное полотно. Это расширенное четвертое издание, предназначенное для дизайнеров, описывает проектирование, строительство и ремонт бетонных полов на земле, уделяя особое внимание достижению наилучшего возможного баланса между требованиями к обслуживанию, стоимостью и техническим обслуживанием.

Щелкните здесь, чтобы получить техническую заметку о модуле упругости грунтового основания.

Сейсмическая детализация бетонных зданий , SP382

Эта публикация содержит исчерпывающий обзор требований к сейсмической деталировке, содержащихся в Требованиях Строительных норм для конструкционного бетона (318-05) и Комментариях (318R-05), которые приняты ссылка в Международном строительном кодексе 2006 года.Дополнительный компакт-диск включен с деталями армирования балок, колонн, двусторонних плит, стен и фундаментов. 2007, 80 стр.

Щелкните здесь для получения технической заметки.

Системы бетонных перекрытий и многое другое, CD013

На этом компакт-диске представлен авторитетный обзор систем бетонных полов, который раскрывает проблемы и соображения, которые специалисты по проектированию используют при выборе системы бетонных полов.Мультимедийный формат помогает архитекторам, инженерам и преподавателям извлекать выгоду из преимуществ каждого типа напольных покрытий.

Длиннопролетные системы бетонных полов , SP339

Обсуждаются популярные длиннопролетные системы бетонных перекрытий: ленточно-балочные и широкомодульные. Включает предварительные оценки и параметры количества материалов для различных пролетов и условий нагружения. Диаграммы относительной стоимости помогают сделать выбор экономичным.Печатная копия доступна в библиотеке PCA.

Отраслевые ресурсы

Институт железобетонной арматуры (CRSI) предлагает множество ресурсов для инженеров, архитекторов, подрядчиков — почти всех, кто работает с железобетоном. Руководство CRSI по стандартной практике предлагает стандарты для оценок, детализации, изготовления и размещения арматурной стали, а их Руководство по проектированию (основанное на ACI 318-98 Требования строительных норм для конструкционного бетона) является ценным справочным материалом.Институт сборного / предварительно напряженного бетона (PCI) и Институт последующего натяжения (PTI) также предлагают ресурсы для работы с железобетоном.

Сейсмическое поведение соединений железобетонных каркасов в прибрежной атмосфере

Целью исследования является изучение влияния циклов коррозии соляным туманом на сейсмические характеристики соединений балок и колонн железобетонного каркаса в прибрежной атмосфере. Основываясь на испытаниях на низкую циклическую нагрузку шести образцов соединения балки и колонны железобетонной рамы, это исследование анализирует характер отказов, петли гистерезиса, несущую способность, смещение, кривые основной цепи и способность рассеивания энергии поврежденных коррозией соединений балки и колонны железобетонной рамы.Влияние циклов коррозии соляного тумана и степени осевого сжатия испытывают неоднократно. Результаты показывают, что при одинаковом уровне осевого сжатия образцов шарниров рамы по мере увеличения циклов соляного тумана прочность, пластичность, рассеяние энергии, несущая способность и деформационная способность соединений ухудшались в разной степени. Когда уровень коррозии такой же, ухудшение жесткости оказалось более очевидным по мере увеличения степени осевого сжатия. Затем по результатам испытаний анализируется и формируется правило дегенерации поведения соединений балки и колонны железобетонного каркаса; модели восстанавливающей силы вырождения корродированных стыков балки и колонны RC каркаса сформированы и проверены на основе трехлинейной модели вырожденной восстанавливающей силы Клафа и введения в индекс циклического вырождения.Результаты показывают, что модель восстанавливающей силы может лучше описать гистерезисные характеристики соединений балка-колонна корродированных RC-рам. Исследование является теоретическим ориентиром для сейсмического анализа каркасной конструкции ЖБ при воздействии прибрежной атмосферной среды.

1. Введение

Коррозия арматуры является основной причиной разрушения железобетонных конструкций [1, 2]. Коррозия продольной арматуры приведет к уменьшению эффективной площади поперечного сечения, ухудшению механических свойств и ослаблению сцепления между стальным стержнем и бетоном [3].Коррозия стремена уменьшит удержание на бетонной основе [4], что ухудшит характеристики железобетонных конструкций [5]. Из-за более высокого уровня влажности воздуха и хлорид-иона, совокупная скорость потери массы стали в прибрежной атмосфере выше, чем в общей атмосфере. В результате хлорид-ионная эрозия является основной причиной коррозии стальных стержней в прибрежной атмосфере [6]. Кроме того, Китай — страна с протяженной береговой линией и частыми землетрясениями, а RC-конструкции в прибрежной атмосфере также расположены в районах землетрясений.Следовательно, необходимо изучить влияние проникновения хлорид-ионов на сейсмические характеристики ЖБ конструкций в прибрежной атмосфере.

В настоящее время отечественными и зарубежными учеными проведены обширные исследования ухудшения сейсмических характеристик корродированных железобетонных конструкций. Оу и Нгуен [7, 8] экспериментировали с сейсмическими характеристиками корродированных железобетонных балок. Это показало, что коррозия в продольной растянутой арматуре оказала значительное пагубное влияние на дрейф текучести, нагрузку текучести и пиковую нагрузку [7].Коррозия обручей существенно повлияла на деформационную способность балок, но не оказала значительного влияния на несущую способность балок [8]. Zheng et al. [9] экспериментировали с сейсмическим поведением корродированных балок железобетонного каркаса, которые вышли из строя в режиме изгиба-сдвига в условиях искусственного климата. Он показал, что пластичность, несущая способность, жесткость и гистерезисная энергия образцов постепенно уменьшались с увеличением степени коррозии стальных стержней. Режим разрушения будет переходить от разрушения при сдвиге при изгибе к разрушению при сдвиге.Ou et al. В [10] изучались характеристики большой части корродированных RC-балок, подвергнутых циклической нагрузке. Экспериментальные результаты были аналогичны результатам Zheng et al. [9]. Группа исследований изучила влияние степени коррозии и степени осевого сжатия на сейсмические характеристики RC колонн [11–14]. Zheng et al. [11] показали, что несущая способность, деформационная способность и способность рассеивать энергию образцов уменьшались по мере увеличения коррозии стали.

Gan et al. [15] предложили соединительную систему, которая соединяла тонкостенную квадратную железобетонную стальную трубу (RCFST) колонну с ж / б балками с обеих сторон соединения. Чжоу и др. [16] провели циклические испытания прямоугольной железобетонной колонны на стыках железобетонных балок и изучили сейсмические характеристики стыков. Канчанадеви и Раманджанеюлу [17] исследовали сейсмический отклик поврежденных коррозией узлов балки-колонны. Результаты показали, что корродированные образцы показали плохие гистерезисные характеристики в виде огромной нециклической деградации прочности.Ян и др. [18] провели циклические испытания десяти корродированных соединений балки и колонны системы SCOPE, и исследования показали, что коррозия стальных стержней значительно повлияла на сейсмическое поведение конструкции. Судя по вышеуказанным исследованиям, исследования сейсмических характеристик корродированных бетонных конструкций в основном были сосредоточены на изгибаемых и сжимающихся элементах, а образцы соединений железобетонной рамы были еще меньше. Следует отметить, что в большинстве исследований для ускорения коррозии стали использовались электрохимические методы [7, 8, 12–14, 19, 20], в то время как Yuan et al.[21] и Zhang et al. [22] указали, что механизм коррозии и характеристики поверхности стальных стержней после коррозии в условиях электричества, очевидно, отличались от таковых в естественных условиях, но искусственная погодная среда для ускорения коррозии была в основном такой же, как и коррозия естественной окружающей среды. Технология моделирования искусственной климатической среды является важным способом разработки методов испытаний на прочность элементов железобетонных конструкций [21].

В этом исследовании используется технология ускоренной коррозии в искусственных климатических условиях (испытание на коррозию в солевом тумане) для моделирования прибрежной атмосферной среды для проведения ускоренного испытания на коррозию шести образцов соединения балки и колонны железобетонной конструкции и псевдостатических испытаний для исследования влияние степени коррозии стали и степени осевого сжатия n (, где N — осевая сила, — прочность бетона на сжатие, и — ширина и высота сечения бетонной колонны, соответственно) на сейсмическое поведение Стыки балки и колонны ЖБ.

В последние годы было проведено множество исследований по моделированию восстанавливающих сил конструкций в стране и за рубежом. Типичные модели восстанавливающей силы включают вырожденную билинейную модель Клафа и Джонстона [23], модель восстанавливающей силы Рамберга – Осгуда [24], вырожденную трехлинейную модель Такэда [25], модель восстанавливающей силы Бука и Вена [26, 27] и т. Д. Однако эти исследования основаны на неповрежденных образцах и не учитывают влияние факторов окружающей среды, например, исследование влияния коррозии соляного тумана в прибрежной атмосфере на сейсмические характеристики конструкций железобетонного каркаса меньше, и исследование соответствующей модели возвращающей силы почти пусто.

Целью данного исследования является исследование сейсмического поведения соединений железобетонного каркаса в прибрежной атмосфере, а по результатам сейсмических экспериментов получены модель основной кривой коррозионных соединений и индекс циклического разрушения на основе повреждения соляным туманом. Затем создается и проверяется модель восстанавливающей силы соединения с учетом коррозионного повреждения стального стержня. Исследование может стать основой для оценки сейсмических характеристик существующих бетонных конструкций в прибрежной атмосфере.

2. Экспериментальная программа
2.1. Конструирование и изготовление образцов

Основываясь на принципе проектирования «сильный компонент, слабое соединение», в этом эксперименте были спроектированы и изготовлены шесть образцов соединения балки и колонны железобетонной рамы, которые были взяты из сборки балка-колонна между обычным каркасом, препятствующим образованию трещин. точки изгиба. Принимая во внимание ограничение размеров камеры окружающей среды, использованной в этом исследовании, геометрическое уменьшение соединенного образца составляло 1: 3.Основными параметрами исследования были степень осевого сжатия и степень коррозии стали, а расчетные параметры образцов соединений приведены в таблице 1. Образцы соединений имели длину 2,2 м, высоту 1,45 м, а поперечное сечение балки составляло 150 × 250 мм 2 , поперечное сечение колонны 200 × 200 мм 2 , марка прочности бетона C30, продольные стержни балок-колонн все HRB335, хомуты все HPB235 . Поперечное сечение и детали армирования шести образцов соединений показаны на рисунке 1.

0,1329

Образец. n Степень коррозии Расчетная ширина трещины (мм) Расчетный цикл солевого тумана (раз)

0,3-Нет 0,3
0,3-сл 0,3 Легкая 0,75 446
0.3-Mo 0,3 Умеренный 1,20 806
0,3-Se 0,3 Серьезный 1,50 1024
806
0,45-Mo 0,45 Умеренный 1,20 806

степень сжатия по оси .


Пропорция смешивания для бетона C30 составляла 320 кг / м³ цемента, 870 кг / м³ песка, 870 кг / м³ мелкого гравия и 135 кг / м³ воды. Использовали обычный портландцемент P.O 32,5R и средний песок. Три стандартных кубических образца бетона были подготовлены в тех же условиях, что и образцы соединения балки и колонны RC. Реальная прочность бетона и арматурных стержней была определена с помощью испытаний свойств материала. Средняя кубическая прочность бетона на сжатие составила 27.03 МПа, а свойства арматурных стержней показаны в таблице 2.

9032 5 9032 16

Диаметр (мм) Предел текучести (МПа) Предел прочности (МПа) Модуль упругости (МПа)

ϕ6 305 420 2,1 × 10 5
12 350 454 9032
340 455 2.0 × 10 5

2.2. Программа коррозии образцов

Испытания в нейтральном солевом тумане (NSS) [28] были проведены в крупномасштабной лаборатории моделирования климата в Сианьском университете архитектуры и технологий (рис. 2). Для ускорения коррозии в образцы при заливке бетона добавляли 5% NaCl кроме 0,3-№. После 28 дней естественного хранения образцы были перемещены в лабораторию искусственного климата для быстрой коррозии солевым туманом.Чтобы сделать концентрацию соляного тумана в помещении постоянной, использовалось прерывистое распыление аэрозольного тумана. При одночасовом цикле солевой туман прекращали на 40 минут после распыления в течение 20 минут. Этот процесс длился в общей сложности 3 часа, а затем температура в климатической камере была повышена до 60 ° C ± 2 ° C для сушки в течение 2 часов. После этого температуру снижали до 45 ° C со скоростью 0,5 ° C в минуту, а влажность в помещении поддерживали на уровне примерно 90%. Время конверсии сушки солевого тумана было установлено равным 30 минутам.Следовательно, цикл коррозии солевым туманом занимает 6 часов и 4 цикла в день. Принципиальная схема циклов «влажный-сухой» показана на рисунке 3.



2.3. Контрольно-измерительные приборы и процедуры структурных испытаний

Установка для испытания на циклическую нагрузку и конфигурация измерения показаны на рисунке 4. Целевая вертикальная нагрузка прикладывалась к образцам через гидравлические домкраты, а датчик давления помещался между верхней частью колонны и домкратом. В то же время два датчика нагрузки были расположены на концах балки для измерения растягивающих и сжимающих нагрузок, возникающих на концах балки в процессе нагружения.Датчики линейного переменного смещения (LVDT) были установлены для отслеживания боковых смещений. Боковые смещения в точке нагружения измерялись горизонтальным LVDT, который имел высоту 1650 мм до верхней поверхности прочного пола. Чтобы предотвратить локальное разрушение бетона при сжатии во время нагружения, в точке нагружения и позиции опоры были предусмотрены стальные подкладки.


В соответствии с «спецификацией методов испытаний сейсмостойких зданий» [30], была принята гибридная система управления силой-смещением.Шаг с контролем нагрузки перед выходом продольной арматуры и управляемым смещением после выхода продольной арматуры были приняты в процедуре поперечной нагрузки, как показано на рисунке 5. Привод MTS остановился, когда остаточная поперечная нагрузка снизилась до 85% от пиковой нагрузки.


3. Результаты экспериментов и обсуждение
3.1. Явление коррозии

(1) Процесс коррозии искусственного климата сложен, а метод контроля степени коррозии компонентов все еще не усовершенствован.Jin et al. [31] указали, что ширину коррозионной трещины можно использовать для характеристики степени коррозии компонента. Поэтому наблюдатель трещин с точностью 0,01 мм и диапазоном измерения от 0 до 10 мм использовался для периодического наблюдения трещины расширения ржавчины на поверхности образцов для контроля ширины трещины. Чтобы уменьшить дисперсию, трещины, образовавшиеся в исходном процессе отверждения, были удалены, а несколько основных трещин были зарегистрированы и усреднены. Когда трещины расширения ржавчины на образцах достигли ожидаемой проектной ширины, образцы для испытаний вынимали из камеры с искусственным климатом партиями.(2) Бетон образцов с разной степенью ржавчины был частично поврежден, а затем несколько секций хомутов и продольной арматуры были сняты на концах и средней части образцов для испытаний соответственно. Наблюдали за состоянием коррозии, определяли совокупную скорость потери массы и испытывали свойства материала (принимайте средние значения). Результаты показали, что степени коррозии разных образцов не совпадали, и различия в степени коррозии хомутов были очевидны.Степень коррозии продольных стержней в балках и колоннах была относительно небольшой, но коррозия продольной арматуры в колоннах была более серьезной, чем у балок. Степень коррозии хомутов в центральных областях была значительно выше, чем у продольных в балках и колоннах. (3) Были приняты хомуты и продольные усиления балок и колонн с обеих сторон по 3 штуки длиной 30 см, после нумерации, соскоблили продукты коррозии, промыли проржавевшие продукты в 12% -ном растворе соляной кислоты, затем промыли чистой водой и нейтрализовали известковой водой, затем промыли водой и просушили и записали вес не подвергшейся коррозии части.Чтобы уменьшить дискретный тип испытания, кумулятивные показатели потери массы стальных стержней были усреднены с точностью до 0,01% и рассчитаны в соответствии с уравнением (1). Расчетные значения показаны в Таблице 3. Здесь — совокупная скорость потери массы стальных стержней; и — вес не корродированных и корродированных стальных прутков, соответственно. (4) Были испытаны механические свойства ржавых стальных прутков, и были получены предел текучести, предел прочности и модуль упругости, как показано в таблице 4.

9030 9030

Образец. Кумулятивная потеря массы (%)
Хомуты Продольные стержни в балках Продольные стержни в колоннах

0,3-Нет 0324 0
0,3-Sl 3,72 1,98 2,23
0,3-Mo 6,38 2,76 3,13
0,3324 90,3257 4,36 5,02
0,1-Mo 6,41 1,92 2,34
0,45-Mo 6,82 2,53
.545-Mo

Образец. Предел текучести (МПа) Предел прочности (МПа) Модуль упругости (ГПа)
ϕ6 12 16 ϕ6 12 16

0.3-нет 305,0 350,0 340,0 420,0 458,0 455,0 210 200 200
0,3-Sl 0,3-Sl 456,5 453,7 209,2 199,4 199,4
0,3-Mo 303,9 349,5 339,4 416,5 456329. 453,7 208,7 199,7 199,3
0,3-Se 303,2 349,2 339,1 414,0 45329 45329 45329 45329 0,1-Mo 303,9 349,6 339,6 416,5 456,5 453,7 208,5 199,6 199,6
303,9 349,6 339,5 416,3 456,6 453,2 208,5 199,7 199,7
9018 видно, что механические свойства стальных стержней с разной степенью коррозии в разной степени снижены. Эксперимент показал, что под воздействием коррозии солевым туманом произошла точечная коррозия стальных стержней, и полезные площади сечения уменьшились.Когда арматура была напряжена, напряжение было сильно сконцентрировано в ямчатых областях, что вызвало раннее разрушение стальных стержней.

3.2. Характер растрескивания и разрушения образцов соединения железобетонной рамы

На рисунке 6 показаны окончательные виды разрушения образцов. Процесс разрушения всех соединительных образцов был в том, что бетон на концах балки сначала потрескался, а затем уступил место, после чего, с дальнейшим увеличением горизонтальной нагрузки, бетон сердечника быстро растрескался, и хомуты в зоне сердечника деформировались до тех пор, пока не разрушились.Однако с увеличением проектной ширины коррозионных трещин (таких как 0,3-No, 0,3-Sl, 0,3-Mo, 0,3-Se), чем раньше происходило растрескивание и текучесть бетона на концах балки, тем быстрее развивалась трещина. основного бетона, и пластичность образцов была снижена. Когда образцы имеют одинаковую ширину трещин и разную степень осевого сжатия (например, 0,1-Mo, 0,45-Mo), чем больше степень осевого сжатия, тем выше несущая способность.

3.3. Гистерезисные петли

На рис. 7 показан гистерезис нагрузки и бокового смещения образцов соединения при низких циклических нагрузках.Наблюдения, сделанные на основе рисунка 7, резюмируются в следующем: (1) При первоначальном нагружении образцы находились в упругой стадии. Между нагрузкой и смещением существовала линейная зависимость, а пути загрузки и разгрузки в основном совпадали. По мере увеличения амплитуды нагрузки наклон петель гистерезиса постепенно уменьшался; Начали проявляться снижение жесткости на путях перегрузки и остаточная деформация в конце путей разгрузки, и образцы находились в упругопластической стадии.После достижения пикового значения ухудшение прочности и жесткости становилось все более и более очевидным с увеличением бокового смещения, и петли гистерезиса демонстрировали явное явление «защемления». (2) Существовали большие различия в форме петель гистерезиса между сильно заржавевшие и не ржавые образцы. Конкретным проявлением этого было то, что по мере увеличения степени коррозии пиковое значение и наклон петель гистерезиса постепенно уменьшались, пухлость кривых гистерезиса постепенно уменьшалась, и явление защемления становилось все более и более очевидным, что указывало на то, что потребление энергии количество экземпляров постепенно уменьшалось.(3) Для образцов 0,3-Mo, 0,1-Mo и 0,45-Mo из кривых гистерезиса видно, что если осевое давление соединения относительно велико (например, 0,45-Mo), его конечное смещение уменьшается. и пластичность снижается.

3.4. Результаты псевдостатических испытаний

Значения нагрузки и смещения образцов показаны в таблице 5. На основе таблицы 5 можно сделать следующие наблюдения и интерпретации: (1) когда степень осевого сжатия была такой же, с увеличением Кумулятивной скорости потери массы хомутов, растрескивание, текучесть и пиковые нагрузки были уменьшены.(2) По мере увеличения совокупной скорости потери массы хомутов смещения текучести образцов 0,3-Sl, 0,3-Mo и 0,3-Se мало изменились по сравнению с неповрежденными образцами 0,3-No, в то время как пиковое и конечное смещения в основном показали тенденция к снижению. (3) Когда степени коррозии были одинаковыми, растрескивание, податливость и пиковые нагрузки образцов 0,1-Mo, 0,3-Mo и 0,45-Mo постепенно увеличивались с увеличением степени осевого сжатия, но это увеличение было небольшим. (4) Когда степени коррозии были одинаковыми, изменение текучести, пика и предельного смещения образцов 0.1-Mo, 0,3-Mo и 0,45-Mo не были очевидны при увеличении степени осевого сжатия.

мм (KN)

0,1

No образца. Степень осевого сжатия Кумулятивная потеря массы (%) Растрескивание Податливость Пик Предельное смещение (мм) Фактор пластичности
(кН) (мм) ) (кН) (мм)

0.3-нет 0,3 0 37,2 42,5 14,5 54,3 50,3 87,5 6,03
0,3-Sl
14,4 50,3 31,9 74,7 5,19
0,3-Mo 0,3 6,38 32,3 37,5 14,1 463293 71,2 5,05
0,3-Se 0,3 10,57 28,5 30,7 14,1 42,7 38,2 6,41 30,1 36,3 13,1 40,6 39,1 77,6 5,92
0,45-Mo 0,455 38,6 15,4 47,4 37,8 74,1 4,81

Кривые позвоночника образцов 8. Как показано на рис. текучесть, пиковая и предельная нагрузка образцов коррозии были ниже, чем у неповрежденного образца. Перед подачей изгибы позвоночника в основном совпадали, а жесткость мало менялась; после уступки прямой участок изгибов позвоночника начал укорачиваться; а после пиковой нагрузки стадия спуска постепенно становилась круче.С увеличением степени коррозии несущая способность и пластичность образцов постепенно ухудшались. Как показано на Рисунке 8 (b), чем выше степень осевого сжатия, тем выше пиковое значение кривой позвоночника; однако чем меньше соответствующее смещение, тем круче становится нисходящая ветвь кривой позвоночника. Это указывает на то, что при повреждении стыков железобетонной рамы из-за солевого тумана грузоподъемность увеличивалась, в то время как способность к деформации снижалась, а падение прочности становилось более резким с увеличением осевого сжатия.

3.5. Энергия гистерезисного рассеяния

В данном исследовании была проанализирована способность рассеивать энергию образцов RC-каркаса с использованием коэффициента демпфирования эквивалентной вязкости и индекса работы [32, 33].

3.5.1. Эквивалентный коэффициент вязкого демпфирования

Эквивалентный коэффициент вязкого демпфирования отражает способность рассеивать энергию конструкции или компонента при цикле нагружения и разгрузки, которую можно рассчитать по формуле: где — площадь замкнутой петли гистерезиса ABCD, а — площади треугольников OBE и ODF соответственно, как показано на рисунке 9.


Эквивалентные коэффициенты вязкого демпфирования и, которые соответствуют максимальной нагрузке и предельной нагрузке, соответственно, перечислены в таблице 6. Можно видеть, что по сравнению с некорродированными образцами эквивалентные коэффициенты вязкости образцов коррозии в предельном состоянии уменьшается с увеличением совокупной скорости потери массы, что демонстрирует, что способность рассеивания энергии корродированных компонентов снижается в предельном состоянии.


Образец.

0,3-Нет 0,117 0,240 55,31
0,3-сл

0,098 0,226 40,48
0,3-Se 0,096 0,217 38,49
0,1-Mo 0,097 0.234 41,53
0,45-Mo 0,112 0,208 39,85

3.5.2. Рабочий индекс

Рабочий индекс, определенный Госейном [33], можно рассчитать следующим образом: где — пиковая нагрузка в i-м цикле, — это смещение, соответствующее, и — податливая нагрузка и смещение, соответственно. Результаты расчетов показаны в Таблице 6. Можно видеть, что по мере увеличения кумулятивной скорости потери массы, как эквивалентный коэффициент вязкости, так и рабочий индекс постепенно уменьшались, что указывало на то, что способность образцов к рассеиванию энергии уменьшалась.Таким образом, коррозия может снизить энергопотребление компонентов.

4. Создание модели восстанавливающей силы

Чтобы изучить влияние коррозии солевым туманом на деформационные характеристики соединений железобетонной рамы и всей сборки, в этом исследовании сначала была рассчитана деформация сдвига в области сердцевины соединения на основе экспериментальных данных длина диагонали, а затем была рассчитана соответствующая сила сдвига, чтобы установить кривую зависимости сдвига и деформации сдвига.Между тем, можно видеть, что модель восстанавливающей силы корродированного образца и некорродированного образца были похожи по форме, но поскольку коррозия арматуры сильно ослабила характеристики связи между стальными стержнями и бетоном, напряжение между ними изменилось, так как а также некоторые характерные точки магистральных кривых. Таким образом, после анализа экспериментальных данных и с учетом модели восстанавливающей силы трехкратной линейной деформации сдвига была создана модель кривой основной цепи корродированного соединения каркаса ЖБИ, как показано на рисунке 10.Кривая каркаса должна определять пять характерных точек, а именно, сдвиг при растрескивании, пик сдвига, упругую жесткость на сдвиг, жесткость при упрочнении на сдвиг и жесткость при смягчении при сдвиге, соответственно.


4.1. Особенности не подверженных коррозии компонентов
4.1.1. Сдвиг при растрескивании

Сдвиг при растрескивании можно рассчитать следующим образом [34]: где — полный коэффициент влияния, принимающий значение 0,67, и — коэффициент ограничения балки на стык.Для стыков без ортогональных балок = 1,0; и — эффективная ширина и высота секции сердечника стыка соответственно. — коэффициент развития напряжений хомутов, принимающий значение 0,1; — предел текучести хомутов в соединении; площадь сечения всех хомутов в одном сечении; расстояние между стременами; — эффективная высота сечения балки; — расстояние от результирующего центра растягивающей арматуры балки до края ближайшего сечения; и когда , .

4.1.2. Пиковый сдвиг

Часто считалось, что соединение достигло расщепленного состояния в качестве критерия разрушения, прочность соединения на сдвиг в это время была известна как пиковое значение. После растрескивания бетона в совместных областях сердцевины поперечная сила принималась на себя горизонтальными скобами в областях сердцевины и продольной арматурой на передней и задней сторонах колонны, тем самым формируя «механизм фермы». Ссылаясь на текущую спецификацию [34], максимальный сдвиг соединения можно определить следующим образом: где — коэффициент ограничения ортогональной балки к соединению, — расчетное значение осевой силы в нижней части колонны на стык с учетом расчетного значения сейсмической поперечной силы.Приведенное выше значение может относиться к спецификации [34]. При этом пиковая сила сдвига должна удовлетворять условию:

4.1.3. Расчет жесткости при сдвиге соединений при различных стадиях напряжения

(1) Жесткость при сдвиге на участке 01, где G — модуль упругости при сдвиге, рассчитываемый по формуле:, — модуль упругости бетона для стыков. A — площадь сдвига площади сердцевины соединения, — коэффициент Пуассона (для бетонных материалов — 0,2). (2) Повышенная жесткость на сдвиг сегмента 12 На этой стадии соединения находятся в упруго-пластическом состоянии, и их жесткость снижается. .Выражение выглядит следующим образом: где — коэффициент деградации жесткости соединения, степень осевого сжатия и степень сдвигового давления соединения влияют на жесткость упрочнения. Основываясь на ссылках [35–37], выражение выглядит следующим образом: где — коэффициент сдвига соединения, n — степень осевого сжатия колонны,. (3) Смягчающая жесткость на сдвиг сегмента 23 по Базанту. [38], предельная способность соединения к сдвигу была примерно в 1,2 раза выше его способности к растрескиванию.Принимая во внимание важность соединения, консервативно предполагается, что соединение войдет в идеальное упруго-пластическое состояние после того, как достигнет щели. В реальных проектах конструкции основаны на принципе «прочного соединения», и соединение невозможно достичь предельного состояния до обрушения конструкции. Следовательно,

Из приведенных выше формул расчета жесткости можно рассчитать деформацию сдвига и соответствующую состоянию трещины и состоянию пика.

4.2. Расчет характерных точек корродированных образцов

В соответствии с деформациями участков сердцевины соединений, измеренными в ходе испытаний, были рассчитаны горизонтальная поперечная сила и деформация сдвига в сердцевинных участках образцов. Подгоночный анализ проводится для получения деградации характеристических параметров модели восстанавливающей силы корродированных образцов с изменением степени коррозии хомутов и степеней осевого сжатия. Формулы расчета характеристических параметров с учетом последствий повреждения ржавчиной приведены в таблице 7.В то же время графики аппроксимации уравнений (11) — (14) показаны на рисунке 11.

903

Характерные точки Подгонка выражений

(11) 0,913
(12) 0,878
(13) 0,930 0.990
(15)
(16)

Примечание. В таблице 7, и — сдвиг при растрескивании и пиковый сдвиг заржавевших образцов, соответственно; и — деформация сдвига при растрескивании и пиковая деформация сдвига заржавевших компонентов, соответственно; ,, и — упругая жесткость, жесткость при закалке и предельная жесткость заржавевшего компонента, соответственно; — средний кумулятивный коэффициент потери массы хомутов в области стыка; — степень осевого сжатия.

Из коэффициента корреляции в Таблице 7 и графиков аппроксимации на Рисунке 11 можно видеть, что подобранные значения аналогичны фактическим значениям. Используя формулы подгонки и значения характерных точек хороших компонентов, можно получить значения характеристических точек образцов с разной степенью коррозии. Результаты представлены в таблице 8.

3-Нет 0,061 16329 −15,68%52 12,50% 903 значение без индекса 1 указывает на тестовое значение.

Образец №
149,27 152,80 2,36% 217,88 181,98 -16,48% 185,20 181,98 -1,77% −14,08%
0,3-sl 145,53 121,64 −16,41% 201,83 168,95 −16,29%


,552%
0,031 0,030 -3,23% 0,066 0,057 -13,64%
0,3-Mo 129,40 99,37 159,62 158,34 −0,80% 0,029 0,028 −3,45% 0,061 0,055 −9,84%
90,21 −21,23% 171,33 140,24 −18,15% 145,63 140,24 −3,70% 0,025 0,025 0,025
0,1-Mo 120,86 109,67 −9,26% 162,91 142,60 −12,47% 138,47 2,60 90,260026 0,026 0,00% 0,053 0,050 −5,66%
0,45-Mo 138,59 104,56 −24,55% 161,66 167,17 3,41% 0,029 0,029 0,00% 0,062 0,049 −20.97%
Таблица

4.3. Установление правил гистерезиса

Из гистерезисных кривых образцов можно сделать вывод, что прочность и жесткость образцов ухудшались во время каждого циклического нагружения с увеличением степени коррозии. Ибарра и др. [39] исследовали гистерезисные модели, которые включали ухудшение прочности и жесткости, и в этом исследовании три из основных гистерезисных моделей, используемых при оценке сейсмической нагрузки, были изменены, чтобы включить свойства ухудшения: билинейный, с ориентацией на пики и защемление.При этом ориентированная на пики модель включает параметр разрушения на основе энергии [40], который управляет четырьмя циклическими режимами разрушения: базовой прочностью, прочностью после перекрытия, жесткостью при разгрузке и ухудшением жесткости при повторной нагрузке. Четыре режима циклического разрушения были определены уравнениями и подробно интерпретированы с помощью цифр. Поэтому, ссылаясь на Ibarra et al. [39], в этом исследовании выбирается модель с ориентацией на пики, поскольку правила гистерезиса образцов коррозии, режимы ухудшения прочности и жесткости показаны на рисунке 12, а уравнения отдельных режимов циклического разрушения перечислены, как показано в таблице 9.

30 9018

Примечание. В таблице 9 указан параметр циклического износа [40]; и — усилие сдвига при растрескивании после и до отклонения и , соответственно; и — жесткость закалки после и до экскурсии и соответственно; и — пик сдвига после и до отклонения и соответственно; и — жесткость разгрузки после и перед экскурсией и соответственно; «» «Представляет направление нагрузки; «+» Представляет положительную нагрузку; а «» представляет отрицательную нагрузку.

5. Проверка модели силы восстановления

Для проверки практической применимости модели силы восстановления, предложенной в этом исследовании, на образцах 0,3-Se и 0,1-Mo в качестве примеров рассчитанная кривая гистерезиса сравнивается с испытанием. Результаты сравнения показаны на рисунке 13.

Как видно из рисунка 13, модельная кривая и тестовая кривая близки друг к другу в положительном направлении, но в отрицательном направлении наблюдается большое отклонение. Вероятная причина заключается в том, что коррозия образцов из железобетона — очень сложный процесс, и стальная арматура, вероятно, будет ржаветь неравномерно, но при построении теоретической модели предполагается, что образцы заржавели равномерно, поэтому существует разница между экспериментальная модель и теоретическая модель.0,3-Se и 0,1-Mo представляют собой тяжелую и умеренную коррозию образцов соответственно. Расчетные результаты близки к результатам испытаний. Эффект защемления вызван развитием трещины, скольжение продольных балок в процессе нагружения достигает определенной степени. Это показывает, что установленная модель восстанавливающей силы имеет хорошую применимость, которая может точно отражать ухудшение характеристик корродированных компонентов во время нагрузки.

6. Выводы

Шесть образцов соединения балки и колонны железобетонной конструкции были подвергнуты быстрому испытанию на коррозию в условиях искусственного климата в прибрежной среде, а затем были испытаны при боковых циклических нагрузках.Было проанализировано влияние совокупных скоростей потери массы и коэффициентов осевого сжатия на прочность, пластичность и способность рассеивания энергии соединений балки и колонны, а также изучена модель восстанавливающей силы корродированных соединений балки и колонны RC рамы. По результатам испытаний можно сделать следующие выводы: (1) Для соединений балки железобетонной рамы и колонны коррозия хомутов была более серьезной, чем у продольной арматуры. Проржавевшая скоба ослабила сдерживающее действие бетона в центральной зоне швов, а разрушение зоны шва усугубилось.(2) С увеличением совокупной скорости потери массы стальных стержней прочность, пластичность и способность рассеивать энергию компонентов шарнирных соединений железобетонной рамы ухудшились в различной степени, что проявилось в снижении несущей способности и деформационной способности компонентов. При одинаковой степени коррозии жесткость образцов соединений уменьшалась более значительно с увеличением степени осевого сжатия. Жесткость образцов с относительно небольшим осевым давлением была значительно снижена перед растрескиванием и имела тенденцию оставаться стабильной после деформации.(3) Модель восстанавливающих сил соединений балки и колонны железобетонной рамы, основанная на трехлинейной модели восстанавливающих сил и с учетом коррозии солевого тумана в прибрежной атмосфере, точно описывает циклическую деградацию и пинч-эффект, вызванные циклической нагрузкой и коррозионным повреждением (4). Результаты расчета модели восстанавливающей силы корродированных соединений балки и колонны железобетонной конструкции хорошо согласуются с экспериментальными результатами. Он показывает, что модель восстанавливающей силы лучше отражает гистерезисные характеристики соединений балки и колонны железобетонной конструкции в прибрежной среде, чем не корродированные соединения балки и колонны железобетонной конструкции, что может служить теоретическим ориентиром для упругопластического анализа сейсмического отклика ж / б каркасных конструкций в прибрежной среде.

Доступность данных

Все данные, использованные для подтверждения выводов этого исследования, можно получить у соответствующего автора по запросу.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Благодарности

Авторы благодарны за финансовую поддержку, полученную от Национального фонда естественных наук Китая (№ 51678475), Национального ключевого научно-исследовательского проекта (№ SQ2019YFC150111-02), Проекта индустриализации Департамента образования Шэньси (№ 51678475).18JC020) и Сианьский научно-технический план (№ 20113CXSF016SF026). Авторы выражают благодарность рецензентам за их усилия по прочтению рукописи.

Сейсмические характеристики железобетонного каркаса с засыпкой из кирпичной кладки зданий во время землетрясений в Кентербери, Новая Зеландия в 2010/2011 гг.

  • Битти Г., Меггет Л., Эндрюс А. (2008) Историческое развитие сейсмической инженерии в Новой Зеландии. В: Материалы 14-й всемирной конференции по сейсмической инженерии, 12–17 октября, Пекин, Китай

  • Брэдли Б., Кубриновски М. (2011) Сильные колебания грунта вблизи источника, наблюдавшиеся во время землетрясения в Крайстчерче 22 февраля 2011 года.Bull N Z Soc Earthq Eng 44: 181–194

    Google Scholar

  • Брэдли Б.А., Хьюз М. (2012) Условные пиковые ускорения грунта при землетрясениях Кентербери для традиционной оценки разжижения. Технический отчет для Министерства бизнеса, инноваций и занятости Новой Зеландии

  • Кубриновски М., Брэдли Б., Уотерспун Л., Грин Р., Брей Дж., Вуд С., Пендер М., Аллен Дж., Брэдшоу А., Рикс Дж. (2011) Геотехнические аспекты землетрясения в Крайстчерче 22 февраля 2011 года.Bull N Z Soc Earthq Eng 44: 205–226

    Google Scholar

  • Del Gaudio C, De Martino G, Di Ludovico M, Manfredi G, Prota A, Ricci P, Verderame GM (2016a) Эмпирические кривые хрупкости на основе данных о повреждениях ЖБИ зданий после землетрясения в Л’Акуиле в 2009 году. Bull Earthq Eng 15: 1425–1450

    Статья Google Scholar

  • Дель Гаудио К., Риччи П., Вердераме Г. М., Манфреди Дж. (2016b) Наблюдаемые и прогнозируемые сценарии ущерба от землетрясения: пример Петтино (Л’Акуила) после события 6 апреля 2009 года.Bull Earthq Eng 14: 2643–2678

    Статья Google Scholar

  • Дижур Д., Лумантарна Р., Исмаил Н., Ингхам Дж., Нокс С. (2010) Характеристики неармированных и модернизированных каменных зданий во время землетрясения в Дарфилде 2010 года. Bull N Z Soc Earthq Eng 43: 321–339

    Google Scholar

  • Дижур Д., Ингам Дж., Мун Л., Гриффит М., Шульц А., Сенальди И., Магенес Дж., Дики Дж., Лиссель С., Сентено Дж. (2011 г.) Выполнение каменной кладки зданий и церквей во время землетрясения в Крайстчерче 22 февраля 2011 г.Bull N Z Soc Earthq Eng 44: 279–296

    Google Scholar

  • Dolce M, Masi A, Marino M, Vona M (2003) Сценарии ущерба, нанесенного землетрясением жилому фонду Потенцы (Южная Италия), включая эффекты площадки. Bull Earthq Eng 1: 115–140

    Статья Google Scholar

  • Dolce M, Kappos A, Masi A, Penelis G, Vona M (2006) Оценка уязвимости и сценарии ущерба от землетрясения жилого фонда Потенцы (Южная Италия) с использованием итальянской и греческой методологий.Eng Struct 28: 357–371

    Статья Google Scholar

  • GeoNet (2014a) M 6.3, Крайстчерч, 22 февраля 2011 г. http://info.geonet.org.nz/display/quake/M+6.3,+Christchurch,+22+Февраль+2011. По состоянию на 30 октября 2016 г.

  • GeoNet (2014b) M 7.1, Дарфилд (Кентербери), 4 сентября 2010 г. http://info.geonet.org.nz/display/quake/M+7.1,+Darfield+(Canterbury), + 4 + сентябрь + 2010. По состоянию на 30 октября 2016 г.

  • Giaretton M, Dizhur D, Da Porto F, Ingham J (2016) Детали конструкции и наблюдаемые сейсмические характеристики неармированных стен-полостей из кирпичной кладки из неармированного глиняного кирпича.Структуры 6: 159–169

    Статья Google Scholar

  • Grünthal G (1998) Европейская макросейсмическая шкала 1998 (EMS-98). Европейская сейсмологическая комиссия, Подкомиссия по инженерной сейсмологии, Рабочая группа по макросейсмическим шкалам. Conseil De l’Europe. Cahiers du Centre Européen de Géodynamique et de Séismologie, Люксембург

  • Ingham J, Griffith M (2010) Характеристики неармированных каменных зданий во время землетрясения в Дарфилде (Крайстчерч, Новая Зеландия) в 2010 году.Aus J Struct Eng 11: 207–224

    Статья Google Scholar

  • Ingham J, Griffith M (2011) Строительные конструкции URM в центральном деловом районе Крайстчерча были укреплены в результате землетрясения, вызванного землетрясением 22 февраля 2011 года. Дополнительный отчет Королевской комиссии по расследованию, Крайстчерч

  • Kam WY, Pampanin S, Dhakal R, Gavin H, Roeder C (2010) Сейсмические характеристики железобетонных зданий во время землетрясений в Дарфилде (Кентербери) в сентябре 2010 года.Bull N Z Soc Earthq Eng 43: 340–350

    Google Scholar

  • Kam WY, Pampanin S, Elwood K (2011) Сейсмические характеристики железобетонных зданий во время землетрясения 22 февраля в Крайстчерче (Литтелтон). Bull N Z Soc Earthq Eng 44: 239–278

    Google Scholar

  • Kappos A, Panagopoulos G, Panagiotopoulos C, Penelis G (2006) Гибридный метод оценки уязвимости зданий R / C и URM.Bull Earthq Eng 4: 391–413

    Статья Google Scholar

  • Кинг А., Миддлтон Д., Браун С., Джонстон Д., Джохал С. (2014) Страхование: его роль в восстановлении после землетрясения в Кентербери 2010–2011 годов. Earthq Spectra 30: 475–491

    Статья Google Scholar

  • Lin S, Uma S, Nayyerloo M, Buxton R, King A (2014) Техническая характеристика характеристик здания с данными детальной инженерной оценки (DEE) по последовательности землетрясений в Кентербери.В: Материалы конференции ASEC 2014, Структурное проектирование в Австралазии — Мировые стандарты, 9–12 июля, Окленд, Новая Зеландия

  • Lin SL, Uma SR, King AB, Buxton R, Horspool NA (2016) A compiled and расширяемая база данных о повреждениях зданий в результате землетрясений 2010–2011 годов в Кентербери, Новая Зеландия. GNS Science Report, Лоуэр-Хатт, Веллингтон,

  • Moon L, Dizhur D, Senaldi I, Derakhshan H, Griffith M, Magenes G, Ingham J (2014) Кончина здания URM в Крайстчерче в Кентербери в 2010–2011 гг. последовательность землетрясений.Earthq Spectra 30: 253–276

    Статья Google Scholar

  • NZS 95 (1935 г.) Положение о модельном здании. Веллингтон

  • NZS 4203 (1976) Свод правил общего проектирования конструкций и расчетных нагрузок для зданий. Веллингтон

  • Исследовательская группа NZSEE (2002) Оценка и улучшение структурных характеристик зданий при землетрясениях. Новозеландское общество сейсмостойкости, Новая Зеландия

    Google Scholar

  • Россетто Т., Эльнашай А. (2003) Выведение функций уязвимости для RC-структур европейского типа на основе данных наблюдений.Eng Struct 25: 1241–1263

    Статья Google Scholar

  • Россетто Т., Иоанну И., Грант Д. (2013) Существующие взаимосвязи эмпирической хрупкости и уязвимости: сборник и руководство по выбору. GEM Technical Report 2013-X, GEM Foundation, Pavia

  • Rota M, Penna A, Strobbia C (2008) Обработка итальянских данных об ущербе для построения кривых типологической хрупкости.

    LEAVE A REPLY

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *


  • Гистерезисные правила Уравнения режимов разрушения

    Закон деформации при сдвиге при растрескивании 903 (19)
    Закон деградации при пиковом сдвиге (20)
    Закон ухудшения жесткости при разгрузке (21)