Почему мы используем несколько арматурных стержней вместо одного стержня с большим диаметром в железобетоне?
Ответы:
Есть несколько причин.
Вначале я собираюсь предположить, что вы говорите о замене группы небольших арматурных стержней на одну, имеющую разумные размеры: вместо (7,54 см 2 ), используя 1 ϕ 32 (8,04 см 2 ).
Несколько небольших арматурных стержней улучшают поведение поверхности между бетоном и сталью. Общая площадь поверхности для передачи растягивающих усилий от стали к бетону в анкерных креплениях больше, что уменьшает растягивающее напряжение и, следовательно, укорачивает анкерное крепление и длину стыковых соединений. Это также уменьшает трещины, которые будут развиваться в бетоне.
Кроме того, на концах вашей балки сталь, вероятно, нужно будет согнуть. Чем больше диаметр арматуры, тем больше ее радиус изгиба.
И тогда есть это:
Поскольку центр тяжести вашей стали будет дальше от поверхности бетона, он также будет менее эффективным: вам потребуется больше стали для достижения такой же прочности. Это также относится к первой части этого ответа, где мы говорили о разумных размерах, но тогда разница, очевидно, намного меньше.
Но почему бы тогда не использовать стальной лист вместо одной большой круглой арматуры? Черт, так как у него больше не будет промежутков между арматурой, вы можете выбрать лист, который тоньше, чем диаметры нескольких арматурных стержней, и, следовательно, более эффективен! Но тогда ваша площадь поверхности будет уменьшена, что приведет к увеличению напряжения переноса и, следовательно, длины анкеровки и сращивания коленей. Кроме того, лист является двумерным элементом, поэтому могут существовать и другие трансверсальные варианты поведения, которые могут привести к проблемам. Кроме того, как бы вы залить бетон для нижней грани балки?
В конце дня, лучшее эмпирическое правило (или, ну, в общем, то, которое я пытаюсь использовать) - стараться изо всех сил, чтобы все помещалось в как можно меньше слоев арматуры, но как можно больше заполняя эти слои ( при этом оставляя удобное пространство для правильной заливки бетона, включая необходимое пространство для вибратора). Единственное исключение - последний слой (самый дальний от соответствующей грани балки), который можно оставить пустее (но предпочтительно с несколькими полосами, которые позволяют ему следовать симметричному шаблону предыдущих слоев). Хорошо, сбалансируйте это с эффективностью со сталью: если это требует использования большой арматуры и приводит к тому, что принятая площадь стали намного больше, чем если бы был добавлен другой слой с меньшей арматурой, тогда, возможно, лучше использовать другой слой.
Основная цель арматуры заключается в улучшении прочности бетона на растяжение, и на практике большая часть этих нагрузок происходит из-за изгиба, а не чистого натяжения.
Когда балка, подверженная изгибающим силам, испытывает наибольшее напряжение на краях и гранях балки, поэтому простое перемещение одного большого стержня вниз по центру не очень поможет, так как эта часть конструкции воспринимает очень небольшую нагрузку, пока не начнет провал.
Распределение арматуры меньшего диаметра по всей конструкции также более эффективно распределяет нагрузку от бетона к стали, поскольку между ними имеется большая площадь контакта для сцепления.
На практике размер и расположение стальной арматуры будет определяться ожидаемой нагрузкой на конструкцию и является компромиссом между прочностью, весом, стоимостью и практичностью сборки стальных конструкций во время строительства.
С чисто концептуальной точки зрения один большой стержень той же площади, что и несколько меньших стержней, обеспечивает одинаковую пропускную способность для конкретного стержня. Это предполагает, что центр стержней все на одной глубине.
Распределение стержней (несколько меньших стержней) помогает ограничить трещины, распределяя силу натяжения по большей ширине бетона.
Несколько меньших стержней также помогают при рассмотрении взаимодействия на границе раздела между бетоном и арматурной сталью. Один большой стержень имеет меньшую площадь поверхности, чем несколько небольших стержней. Это означает, что для данной нагрузки напряжение между поверхностью стержня и бетоном больше в случае одиночного стержня. Это имеет отношение к разработке длины арматуры.
В дополнение к ответу Васаби - что здорово - прутки большого диаметра нуждаются в безумной длине развития и длине круга .
Правило оценки большого пальца для развития и длины круга составляет 40 диаметров. Для 20 мм прутков это большие, но разумные 80 см, но они становятся 128 см для 32 мм прутков и 2 метра для 50 мм прутков.
Проблему длины круга можно избежать, используя механические соединители, но при длине разработки 2 метра может потребоваться много стали, и потребуется большое пространство, которое зачастую недоступно.
Бетон и сталь ведут себя совершенно по-разному: предполагается, что бетон не может выдерживать растягивающее напряжение, как только появляются первые трещины, в то время как сталь является идеальным материалом для растягивающего напряжения. Оптимально было бы идеально иметь тонкие крошечные стальные нити, а не несколько крупных, что-то вроде того, как стекловолокно работает однородно.
Тем более, что мы знаем, что наши допущения при проектировании значительно упрощены, чтобы сделать работу инженеров практичной. Такие вещи, как климат и неблагоприятное воздействие солнца, влажность, проникновение агрессивных веществ через трещины в элементе, все влияют на поведение элемента. Также, как упомянуто выше, площадь и контактная поверхность стального стержня связаны в неблагоприятном соотношении мощности в два раза для площади стержня, которая передает натяжение посредством трения обшивки бетону.
С другой стороны, должны быть разрешены практические требования в ходе строительства, такие как брусья, которые не легко деформируются при пешеходном движении рабочих или жилых помещений, чтобы обеспечить возможность прохода переходных труб или трубопроводов. это были инженерные коды, чтобы создать единый и предсказуемый план игры. поэтому инженер-механик или разработчик оборудования знает, что они указывают или ожидают, что они будут работать.
Небольшой диаметр стержня центра тяжести находится вблизи бетонной поверхности. больший диаметр стержня центра тяжести находится далеко от поверхности бетона. маленький диаметр бруска легко обрабатывается, чем больший диаметр бруска. Чем больше диаметр арматуры, тем больше ее радиус изгиба.
Я думаю, что 4 бара D1 будут лучше, чем 1 бар D2 (такая же площадь растяжения, но больше склеивающей поверхности).
В дополнение к этому, более крупные стержни являются более хрупкими, в то время как более мелкие стержни имеют доминирующий поверхностный выход (более эластичный и пластичный, чем хрупкий). Это добавляет безопасность, когда происходит сбой.