Rodzaje konstrukcji z betonu

Podziel się stroną ze swoimi znajomymi z grupy :-)

Na samym początku naszej przygody z konstrukcjami żelbetowymi warto byłoby zapoznać się z pewnym podstawowym podziałem tych konstrukcji, czym się od siebie różnią oraz czym się charakteryzują.

Beton niezbrojony

Beton bez żadnych dodatków w postaci stali zbrojeniowej, ze względu na swoje właściwości mechaniczne wykorzystywany jest głownie przy wykonywaniu elementów konstrukcyjnych, w których dominują naprężenia ściskające. Beton jest materiałem kruchym, często jest określany jako „sztuczny kamień”, a jego wytrzymałość na ściskanie jest ok. 10 razy większa niż wytrzymałość na rozciąganie. Z tego powodu jego zastosowanie miało sens jedynie przy elementach o małych rozpiętościach, na rysunku poniżej pokazano rozkład naprężeń w przykładowym przekroju prostokątnym od zginania w belce wolnopodpartej obciążonej równomiernie na całej swojej długości.

Widzimy, że pomimo wyczerpania nośności na rozciąganie przekroju, wytężenie ze względu na ściskanie wynosi tylko 10%, co przyczyniło się do prac nad lepszym wykorzystaniem materiału. Beton niezbrojony wykorzystywany jest do wykonywania m.in. posadzek betonowych, wylewek betonowych i fundamentów.

 

Beton zbrojony

Wynaleziony przez Josepha Monnier’a, któremu podobno żelazny kosz wpadł do zaprawy betonowej. Gdy ją wyciągnął, powłoka stwardniała, a sam dostrzegł zalety tego połączenia, kiedy kosz nie popękał na mrozie. Beton zbrojony, nazywany też żelbetem, zbrojony jest wkładkami stalowymi w postaci prętów lub siatek, w miejscach występowania naprężeń rozciągających. Pozwala to w większym stopniu wykorzystać właściwości betonu na ściskanie. W przypadku zastosowania zbrojenia, wykres naprężeń nie ulega dużym zmianom, aczkolwiek ważne jest to, że przyjmuje się, że wszelkie naprężenia rozciągające przenoszone są wyłącznie przez wkładki stalowe, natomiast beton przenosi naprężenia ściskające (na rysunku poniżej pokazano rozkład naprężeń w przekroju żelbetowym).

W pracy elementów żelbetowych można wyróżnić 3 fazy:

  1. Faza I – naprężenia w betonie nie przekraczają jego wytrzymałości na rozciąganie. Przekrój jest niezarysowany i pracuje jak pełny przekrój betonowy wraz ze zbrojeniem.
  2. Faza II – faza druga objawia się pojawieniem zarysowania w strefie rozciąganej, naprężenia rozciągające są przenoszone tylko przez zbrojenie
  3. Faza III – faza zniszczenia przekroju poprzez uplastycznienie zbrojenia rozciąganego

 

Beton sprężony

Klasyczna konstrukcja żelbetowa w pełni pracuje dopiero w fazie II, czyli po zarysowaniu. Aby zapobiec nadmiernym zarysowaniom należałoby użyć bardzo dużej ilości wkładek zbrojeniowych, ale jest bardziej skuteczny sposób ograniczenia powstawania rys, a mianowicie sprężanie. W przekroju betonowym poddanym zginaniu powstają naprężenia zarówno ściskające jak i rozciągające. Wprowadzenie cięgien sprężających powoduje powstanie naprężeń ściskających, które summa summarum niwelują w znacznej części naprężenia rozciągające w betonie, przez co przekrój poddany jest głownie ściskaniu. Na rysunku poniżej pokazano rozkład naprężeń od zginania, od sprężania oraz ich sumę. 

W betonie sprężonym wykorzystywana jest stal wysokowęglowa o wytrzymałości 800-1860MPa, elementy charakteryzują się dużo większą rozpiętością. Wyróżniamy podział na strunobeton i kablobeton ze względu na wprowadzenie naprężeń sprężających.

Strunobeton – naciąg cięgien jest realizowany przed zabetonowaniem, a zakotwienie jest zapewniane poprzez przyczepność. Pręty układa się w formie i nadaje pewien naciąg, następnie forma jest zalewana, a po uzyskaniu przez beton co najmniej 70% wymaganej wytrzymałości naciąg jest zwalniany.

Kablobeton – różnica między strunobetonem a kablobetonem polega na różnym momencie wprowadzenia sił ściskających. W kablobetonie najpierw układa się kanały wzdłuż trasy przebiegu kabli, następnie formę zalewa się mieszanką betonową, a po uzyskaniu przez beton odpowiedniej wytrzymałości wprowadza się kable do kanałów i naciąga się je. Kable są kotwione na końcach a kanały wypełnia się zaczynem cementowo-wodnym.

Konstrukcje zespolone

Rozwiązanie materiałowe, które wykorzystuje dobrą pracę na rozciąganie stali i pracę na ściskanie betonu. Ważny jest fakt, że praca i łączenie obu materiałów jest możliwa dzięki podobnym współczynnikom rozszerzalności cieplnej. Zaletą takiego połączenia materiałów jest zmniejszenie zużycia stali oraz zwiększenie sztywności, ponadto odporność ogniowa jak i korozyjna ulega podwyższeniu. Konstrukcje zespolone projektowane są zgodnie z norma EN 1994.



Zachęcamy do dalszej nauki. Wybierz materiał: