Чому ми використовуємо кілька арматурних брусків замість одного бруса з великим діаметром у залізобетоні?
Відповіді:
Причин декілька.
По-перше, я припускаю, що ви говорите про заміну купу невеликих арматур на один розміром з розумним розміром: тобто замість (7,54 см 2 ), використовуючи 1 ϕ 32 (8,04 см 2 ).
Однією з причин є поліпшення простоти конструкції. Залізобетонні балки також мають поперечну армування, і дуже часто буває розміщувати арматури в чотирьох кутах поперечної арматури, щоб з'єднати все разом у самонесучу клітку (це також гальмує дроблення бетону в кутах поперечної арматури). Але це означає, що ви повинні розміщувати нижню межу по 2 арматури на кожній грані (верхній і нижній). Але чому б не прийняти (8,04 см 2 ) замість 15 ϕ 8 ?
Декілька малих арматурних конструкцій покращують поведінку інтерфейсу бетон-сталь. Загальна площа поверхні для передачі зусиль розтягування зі сталі до бетону на кріпленнях більша, що зменшує напругу при розтягуванні і, таким чином, скорочує довжину кріплення кріплення і коліни. Це також зменшує тріщини, які будуть розвиватися в бетоні.
Нарешті, зазвичай можна також бути ефективнішим при менших арматурних конструкціях: якщо вам потрібно 7,5 см 2 , вам знадобиться (7,54 см 2 ), 10 ϕ 10 (7,85 см 2 ), 7 ϕ 12,5 ( 8,59 см 2 ), 4 ϕ 16 (8,04 см 2 ), 3 ϕ 20 (9,42 см 2 ), 2 ϕ 25 (9,82 см 2 ) або 1 ϕ 32 (8,04 см 2 ). ϕ дає найбільш ефективне використання сталі, ставлячи якомога менше зайвих. Вочевидь, однак, це не завжди так. Просто так буває.
Зараз я припускаю, що ви говорите про використання одного смішно великого сталевого бруска: тобто замість (68,2 см 2 ), використовуючи 1 ϕ 94 . Деякі з піднятих тут питань все ще є дійсними, навіть якщо ви говорите про розумність, але їх значення зменшується.
Однією з причин є вартість. Ця концепція передбачає створення арматури на замовлення діаметра для кожного променя (інакше, все, що ви говорите, це те, що поточна арматура занадто мала), що перешкоджатиме використанню шкали для зменшення витрат. Завод може знизити собівартість одиниці бар, зробивши їх мільйонами. Якщо для кожної балки на кожному робочому майданчику потрібен спеціальний діаметр, така економія коштів неможлива.
Крім того, одна арматура важила б майже 54 кг / м. Це означає, що вам потрібно буде використовувати кран, щоб поставити його в положення, тоді як 20 ϕ 20 можна легко розмістити вручну одним працівником, по одному.
Крім того, на кінцівках вашого бруса сталь, ймовірно, потрібно буде зігнути. Чим більший діаметр арматури, тим більший її радіус вигину.
І ось ось це:
Оскільки центр ваги вашої сталі буде далі від поверхні бетону, він також буде менш ефективним: для досягнення тієї ж міцності вам знадобиться більше сталі. Це стосується і першої частини цієї відповіді, де ми говорили про розумні розміри, але тоді різниця, очевидно, значно менша.
Але чому б тоді не використати аркуш сталі замість одного великого кругового арматури? Адже, оскільки у нього більше не буде пробілів між арматурою, ви можете вибрати аркуш, який тонший, ніж множина діаметрів арматури, а отже, і більш ефективний! Але тоді ваша площа поверхні буде зменшена, збільшуючи передавальні напруги, а отже, і довжину кріплення кріплення і довжину коліни. Також аркуш є двовимірним елементом, тому можуть виникати інші поперечні поведінки, які можуть призвести до проблем. Також, як би ви заливали бетон для нижньої грані бруса?
Зрештою, найкраще правило (або ж, те, що я намагаюся використовувати) - зробити все можливе, щоб усе вмістити в якомога менше шарів арматури, але заповнити ці шари якомога більше ( при цьому залишаючи комфортний простір для належного заливання бетону, включаючи необхідний простір для вібратора). Єдиним винятком є останній шар (найбільш віддалений від відповідної грані бруса), який можна залишити спорожнішим (але бажано з кількістю брусків, що дозволяє йому слідувати симетричним малюнком попередніх шарів). Ну, врівноважте це ефективністю роботи зі сталлю: якщо для цього потрібно використовувати великий арматурний арматур і в результаті вийде прийнята площа сталі набагато більша, ніж якби другий шар був доданий з меншими арматурними ребрами, то, можливо, найкращий інший шар.
Основна мета арматури полягає в поліпшенні міцності на розрив бетону, і на практиці більшість цих навантажень виходить із вигину, а не чистого натягу.
Коли промінь, що зазнає згинання, приділяє найбільше напруження в краях і гранях балки, тому просто велика планка, що біжить вниз по центру, не буде дуже сильною, оскільки ця частина конструкції бачить дуже мало навантаження, поки вона не почне невдача.
Маючи арматуру меншого діаметра, розподілену по всій конструкції, також ефективніше розподіляє навантаження від бетону до сталі, оскільки між ними є більша площа контакту для зчеплення.
На практиці розмір і розміщення сталевої арматури визначатиметься очікуваним навантаженням на конструкцію і є компромісом між міцністю, вагою, вартістю та практичністю монтажу металоконструкцій під час будівництва.
З чисто концептуальної точки зору, одна велика планка тієї ж площі, що і декілька менших брусків, забезпечує однакову потужність моменту для конкретного бруса. Це передбачається, що центр брусків знаходиться на одній глибині.
Розподіл брусків (декілька менших брусків) допомагає зменшити тріщини шляхом поширення сили натягу на більшу ширину бетону.
Кілька менших брусків також допомагають при перегляді взаємодії на стику бетону та армуючої сталі. Один великий бар має меншу площу поверхні, ніж кілька менших брусків. Це означає, що при заданому навантаженні напруга між поверхнею бруса та бетоном більша в корпусі з одним бруском. Це має застосування до довжини розробки арматури.
Окрім відповіді Васабі - що чудово - бруски великого діаметру потребують божевільної довжини розвитку та довжини коліни .
Правило оцінки розміру та довжини коліни - 40 діаметрів. Для 20 мм брусків це великий, але розумний 80 см, але це становить 128 см для 32 мм брусків і 2 метри для 50 мм брусків.
Проблему довжини кіл можна уникнути, використовуючи механічні з'єднувачі, але довжина розробки на 2 метри витратить багато сталі та потребує великого простору, дуже часто недоступного.
Бетон і сталь поводяться різко по-різному: передбачається, що бетон не зможе перенести жодного напруження при розтягуванні, як тільки з’являються перші тріщини, в той час як сталь є ідеальним матеріалом для напруги при розтягуванні. Оптимально було б ідеально мати тонкі крихітні сталі, на відміну від кількох великих, подібних до того, як склопластик працює однорідно.
Тим більше що ми знаємо, що наші припущення щодо дизайну дуже спрощені, щоб зробити роботу інженерії практичною. Такі речі, як клімат і захисне перебування на сонці, вологість повітря, проникнення корозійних речовин через тріщини в члені, все впливають на поведінку члена. Також, як було сказано вище, площа та контактна поверхня сталевого прутка пов'язані у невигідному співвідношенні потужності двох для площі бруска, що передає напругу через тертя шкіри до бетону.
З іншого боку, повинні бути дозволені практичні вимоги під час будівництва, такі як бруси, які не можуть легко деформуватися під ножним рухом працівників або приміщення для розміщення, щоб забезпечити прохід тимчасових труб або трубопроводів. ось інженерні коди почали грати, щоб скласти єдиний і передбачуваний ігровий план. тож інженер-механік або конструктор обладнання знають, що вони конкретизують або очікують, що це спрацює.
малий діаметр центра ваги бруска знаходиться поруч з бетонною поверхнею. Більший діаметр центра ваги бруска знаходиться далеко від бетонної поверхні. малий діаметр бруска легко обробляти, ніж більший діаметр бруска. Чим більший діаметр арматури, тим більший її радіус вигину.
Я думаю, що 4 бари D1 будуть краще, ніж 1 бар D2 (така ж площа розтягу, але більше поверхні скріплення).
Крім цього, більші бруски більш крихкі, тоді як менші бруски мають домінуючий поверхневий вихід (більш еластичний і пластичний, ніж крихкий). Це додає безпеки, коли трапляються збої.