Dlaczego w zbrojonym betonie używamy wielu prętów zbrojeniowych zamiast jednego pręta o dużej średnicy?

Dlaczego w zbrojonym betonie używamy wielu prętów zbrojeniowych zamiast jednego o dużej średnicy?

Czy zwiększenie liczby prętów zbrojeniowych oznacza, że ​​zbrojony beton będzie miał większą wytrzymałość na rozciąganie?

Jest kilka powodów.

Najpierw zakładam, że mówisz o zamianie kilku małych prętów zbrojeniowych na jeden rozsądny rozmiar: tj. Zamiast (7,54 cm ² ), używając (8,04 cm ² ).1 ϕ $15\phi8$$1\phi32$

Jednym z powodów jest poprawa łatwości budowy. Belki żelbetowe mają również zbrojenie poprzeczne i bardzo często umieszcza się zbrojenie w czterech rogach zbrojenia poprzecznego, aby związać wszystko ze sobą w samonośną klatkę (to również hamuje kruszenie betonu w narożach zbrojenia poprzecznego). Ale to tylko oznacza, że ​​powinieneś umieścić dolną granicę 2 prętów zbrojeniowych na każdej twarzy (górną i dolną). Ale dlaczego nie przyjąć (8,04 cm ² ) zamiast ?15 ϕ $4\phi16$$15\phi8$

Wiele małych prętów zbrojeniowych poprawia zachowanie interfejsu beton-stal. Całkowita powierzchnia przenosząca siły rozciągające ze stali na beton w zakotwieniach jest większa, zmniejszając naprężenie rozciągające, a tym samym skracając długości zakotwienia i połączeń zakładkowych. Zmniejsza to również pęknięcia, które pojawią się w betonie.

Wreszcie, zwykle można też być bardziej wydajnym z mniejszym prętem zbrojeniowym: jeśli tak naprawdę potrzebujesz 7,5 cm ² , będziesz potrzebował albo (7,54 cm ² ), (7,85 cm ² ), (8,59 cm ² ), (8,04 cm ² ), (9,42 cm ² ), (9,82 cm ² ) lub (8,04 cm ² ). zapewnia najbardziej wydajne wykorzystanie stali, stawiając jak najmniej dodatkowych. Oczywiście nie zawsze tak jest. Po prostu często tak jest.10 ϕ 10 7 ϕ 12,5 4 ϕ 16 3 ϕ 20 2 ϕ 25 1 ϕ 32 ϕ $15\phi8$$10\phi10$$7\phi12.5$$4\phi16$$3\phi20$$2\phi25$$1\phi32$$\phi8$

Teraz zakładam, że mówisz o użyciu jednego absurdalnie dużego pręta stalowego: tj. Zamiast (68,2 cm ² ), używając . Niektóre z poruszonych tutaj punktów są nadal aktualne, nawet jeśli mówisz o rozsądku, ale ich znaczenie jest zmniejszone.1 ϕ $20\phi20$$1\phi94$

Jednym z powodów są koszty. Ta koncepcja zakłada tworzenie pręta zbrojeniowego o niestandardowej średnicy dla każdej belki (w przeciwnym razie mówisz tylko, że obecny pręt zbrojeniowy jest zbyt mały), co utrudniłoby zastosowanie skali w celu zmniejszenia kosztów. Fabryka może obniżyć koszt jednostkowy , wytwarzając ich miliony. Jeśli każda belka w każdym miejscu pracy będzie wymagała niestandardowej średnicy, takie oszczędności kosztów nie są możliwe.$\phi10$

Ponadto pojedynczy zbrojeniowy ważyłby prawie 54 kg / m, co oznacza, że ​​trzeba go ustawić za pomocą dźwigu, a można łatwo ustawić ręcznie przez jednego pracownika, pojedynczo.20 ϕ $\phi94$$20\phi20$

Również na końcach belki stal prawdopodobnie będzie musiała zostać zgięta. Im większa średnica pręta zbrojeniowego, tym większy jest jego promień gięcia.

A potem jest to:

Ponieważ środek ciężkości stali będzie znajdować się dalej od powierzchni betonu, będzie także mniej wydajny: będziesz potrzebował więcej stali, aby osiągnąć tę samą wytrzymałość. Dotyczy to również pierwszej części tej odpowiedzi, gdzie mówiliśmy o rozsądnych rozmiarach, ale wtedy różnica jest oczywiście znacznie mniejsza.

Ale dlaczego nie zastosować blachy stalowej zamiast jednego dużego okrągłego pręta zbrojeniowego? Do diabła, ponieważ nie będzie już miał odstępów między prętem zbrojeniowym, możesz wybrać arkusz, który jest cieńszy niż średnica wielu prętów zbrojeniowych, a zatem jest również bardziej wydajny! Ale wtedy twoja powierzchnia zostanie zmniejszona, zwiększając naprężenia przenoszące, a tym samym długości zakotwienia i połączenia zakładki. Arkusz jest również elementem dwuwymiarowym, więc mogą występować inne zachowania poprzeczne, które mogą prowadzić do problemów. A także, jak wylałbyś beton na dolną powierzchnię belki?

Pod koniec dnia najlepszą zasadą (lub, cóż, tą, której próbuję użyć), jest zrobienie wszystkiego, aby dopasować wszystko do jak najmniejszej liczby warstw zbrojenia, ale wypełniając je jak najwięcej ( jednocześnie pozostawiając wygodną przestrzeń do prawidłowego wylewania betonu, w tym niezbędną przestrzeń dla wibratora). Jedynym wyjątkiem jest ostatnia warstwa (najdalsza od odpowiedniej powierzchni belki), którą można pozostawić pustą (ale najlepiej z kilkoma prętami, które pozwalają jej na symetryczny wzór poprzednich warstw). Cóż, zrównoważyć to z wydajnością ze stalą: jeśli wymaga to użycia dużego pręta zbrojeniowego i powoduje, że przyjęta powierzchnia stali jest znacznie większa niż w przypadku dodania innej warstwy z mniejszym prętem zbrojeniowym, być może kolejna warstwa jest lepsza.

Głównym celem prętów zbrojeniowych jest poprawa wytrzymałości betonu na rozciąganie, a w praktyce większość tych obciążeń pochodzi raczej od zginania niż z czystego naprężenia.

Kiedy belka podlegająca siłom zginającym ma największe naprężenia na krawędziach i powierzchniach belki, więc sam jeden duży pręt biegnący w dół środka nie zrobiłby wiele, ponieważ ta część konstrukcji widzi bardzo małe obciążenie, dopóki nie zacznie zawieść.

Rozproszenie pręta zbrojeniowego o mniejszej średnicy w całej strukturze powoduje również bardziej efektywne rozłożenie obciążenia z betonu na stal, ponieważ między nimi jest większy obszar kontaktu dla przyczepności.

W praktyce rozmiar i umiejscowienie stalowego zbrojenia będzie zależeć od oczekiwanego obciążenia konstrukcji i stanowi kompromis między wytrzymałością, wagą, kosztem i praktycznością montażu konstrukcji stalowej podczas budowy.

Z czysto koncepcyjnego punktu widzenia jeden duży pręt o tym samym obszarze, co wiele mniejszych prętów, zapewnia taką samą nośność momentu dla belki betonowej. Zakłada się, że środek prętów jest na tej samej głębokości.

Rozmieszczenie prętów (wiele mniejszych prętów) pomaga ograniczyć pęknięcia, rozkładając siłę naciągu na większą szerokość betonu.

Wiele mniejszych prętów pomaga również, patrząc na interakcję na styku betonu i stali zbrojeniowej. Pojedynczy duży słupek ma mniejszą powierzchnię niż wiele mniejszych słupków. Oznacza to, że dla danego obciążenia naprężenie między powierzchnią pręta a betonem jest większe w przypadku pojedynczego pręta. Ma to zastosowanie do długości rozwojowej zbrojenia.

Oprócz odpowiedzi Wasabi - co jest świetne - pręty o dużej średnicy wymagają szalonej długości rozwoju i długości okrążenia .

Szacunkowa zasada dotycząca rozwoju i długości okrążenia wynosi 40 średnic. Dla prętów 20 mm, które są duże, ale rozsądne 80 cm, ale stają się 128 cm dla prętów 32 mm i 2 metry dla prętów 50 mm.

Problemu długości okrążenia można uniknąć za pomocą mechanicznych łączników, ale długość wywoływania 2 metry zużyłaby dużo stali i wymagałaby dużej przestrzeni, bardzo często niedostępnej.

Beton i stal zachowują się w drastyczny sposób: zakłada się, że beton nie jest w stanie wytrzymać żadnego naprężenia rozciągającego, gdy tylko pojawią się pierwsze pęknięcia, podczas gdy stal jest idealnym materiałem na naprężenie rozciągające. Optymalnie byłoby idealnie mieć cienkie maleńkie pasma stali w przeciwieństwie do kilku dużych, podobnie jak homogeniczne działanie włókna szklanego.
Zwłaszcza, że ​​wiemy, że nasze założenia projektowe są bardzo uproszczone, aby uczynić pracę inżynieryjną praktyczną. Czynniki takie jak klimat i pełne szacunku nasłonecznienie, wilgoć, przenikanie środków korozyjnych przez pęknięcia w elemencie, wszystko to wpływa na jego zachowanie. Jak wspomniano powyżej, powierzchnia i powierzchnia styku pręta stalowego są powiązane w niekorzystnym stosunku mocy dwóch do obszaru pręta, który przenosi napięcie przez tarcie skóry na beton.
Z drugiej strony należy dopuścić praktyczne wymagania w trakcie budowy, takie jak pręty, które nie są łatwo odkształcalne pod ruchem pieszym pracowników lub pomieszczeń mieszkalnych, aby umożliwić przejście przejściowych rur lub przewodów. to właśnie w grę wchodzą kody inżynieryjne, aby stworzyć jednolity i przewidywalny plan gry. więc inżynier mechanik lub projektant sprzętu wiedzą, co podają lub oczekują, że zadziała.

mała średnica środka ciężkości pręta znajduje się w pobliżu powierzchni betonu. większa średnica środka ciężkości pręta znajduje się daleko od powierzchni betonu. łatwa w obsłudze mała średnica pręta, a następnie większa średnica pręta. Im większa średnica pręta zbrojeniowego, tym większy jest jego promień gięcia.

Myślę, że 4 słupki D1 będą lepsze niż 1 słupek D2 (taki sam obszar rozciągania, ale większa powierzchnia wiązania).

Ponadto, większe pręty są bardziej kruche, podczas gdy mniejsze pręty mają dominującą wydajność powierzchniową (bardziej elastyczne i plastyczne niż kruche). Zwiększa bezpieczeństwo w przypadku awarii.