Жүктеме көтергіштігі бойынша болат және темірбетон құрылымдарының салыстырмасы

Материалдың әрекет етуінің негіздері: Неге болат пен темірбетон жүктемелерге әртүрлі жауап береді?

Болат құрылымның созылу беріктігі, эластиктілігі және беріктік-салмақ қатынасы

Керілу кезіндегі болаттың айқын артықшылығы бар. Көптеген болаттардың аққыштық шегі 450 МПа-дан жоғары, яғни олар тарту күштерін қарапайым темірбетонға қарағанда әлдеқайда жақсы шыдайды. Болаттың ерекшелігі тек оның беріктігінде емес, сонымен қатар сынғанға дейін қаншалықты созылатынында да. Сынуына қарамастан, болат керілу кезінде көрінетіндей созылады, бұл инженерлерге апатқа дейін мәселелерді байқауға уақыт береді. Оның салмағына қатысты беріктігі — тағы бір ірі артықшылық. Болат конструкциялары ұқсас жүктемелер үшін темірбетон конструкцияларының салмағының шамамен бес тесіні құрайды. Бұл артықшылық архитекторларға негізі кішірек болатын, өндіріс орындарынан бастап ғимараттарға дейін кеңістікті ұзын қашықтыққа қадағалауға мүмкіндік беретін жеңіл каркастар салуға мүмкіндік береді. Жер сілкінісі аймағындағы ғимараттар үшін бұл да өте маңызды. Жер сілкінісі кезінде болат бөлшектері әлі де ұстаған күйінде иілу мен деформацияға ұшырай алады, осылайша жер сілкінісінің серпінді толқындарын жұтады да, катастрофалық қиратылулардың болуын болдырмайды.

Қысуға төзімділік басымдылығы, сынықтылық және темірбетондағы қысу әсерлері

Бетон қысылған кезде нағыз жарқырайды, кейде оның беріктігі 50 МПа-дан асады, бірақ созылған кезде оңай ыдырайды. Алайда, болат арматура бәрін өзгертеді. Бетон барлық сығылу күштерін қабылдайды, ал болат таяқшалар созылу кернеулерін қабылдайды. Бірақ мұнда бір қиындық бар: әдеттегі бетон бағаналары тік немесе бүйірлік бағытта артық күшпен иілген кезде ескертусіз сынады. Осы жерде бетонды шектеу (конфинирлеу) қолайлы болып табылады. Бағаналарды тығыз спиральді байламдармен немесе бір-біріне жақын орналасқан сақиналармен орап қою арқылы біз әлдеқайда жақсы нәтижелерге қол жеткіземіз. Зерттеулер көрсеткендей, бұл әдіс жер сілкінісі кезінде бетондың пластикалық деформациялану қабілетін үш есе арттырады. Бұл практикалық тұрғыдан айтқанда, бастапқыда қатты, болжанбайтын авариялар болып табылатын оқиғаларды болжанатын қысылу оқиғаларына айналдыру дегенді білдіреді. Біз негізінен әлсіздікті күштің бақылануына айналдырамыз, сондықтан құрылыстар қозғалыс кезінде де тұрақты қалады.

Күшті элементтердің жұмыс істеу сапасы: бағаналар, арқалықтар және күштің тиімді тасымалдану жолы

Балкалық болат құрылымның тіректері: жоғары иілуға қарсы төзімділік және серпінділіктен кейінгі энергияны сіңіру қабілеті

Болат тіректер вертикаль жүктемелерге қарсы иілуға қарсы төзімділігі жоғары болғандықтан, олар өте жақсы көрсеткішке ие. Бұл инженерлерге биік ғимараттар үшін жіңішке, бірақ берік қималарды құруға мүмкіндік береді. Алайда болатты шынымен ерекше ететін нәрсе — оның нормалды шектерінен асып кеткен кезде қалай өзгеретіні. Материал сынбайды, бірақ иіледі және деформацияланады, бұл қайталанатын кернеу циклдары кезінде көптеген энергияны сіңіруге көмектеседі. Төзімділік шегінен кейін әрі қарай жұмыс істеу қабілеті жер сілкінісі жиі болатын аймақтарда өте маңызды. Осындай әдіспен жобаланған ғимараттар күшті тербелістерге төтеп беріп, толығымен құлаусыз қалуы мүмкін. Сондықтан қазіргі кезде болат тіректер биіктігі барынша көтерілетін ғимараттарды қолдап, ішіндегі адамдардың қауіпсіздігін қамтамасыз етуде.

Арматураланған темірбетон тіректері: осьтік көтергіш қабілетінің шектері және жоғары жүктемелерге арналған жобалау стратегиялары

Бетонды бағаналар әдетте 3000–10 000 psi аралығындағы қысу беріктігімен ерекшеленеді. Алайда, осьтік жүктемеге төзімділік жағынан бұл құрылымдар соңында бетонның өте көп қысу әсерінен ыдырауына байланысты құлауға ұшырайды. Сондықтан құрылыс инженерлері жиі әртүрлі шектеу әдістерін қолданады. Спиральды арматуралау — бұл әдеттегі байланысты бағаналарға қарағанда пластикалықты шамамен 40 пайызға арттыратын бір әдіс. Екінші әдіс — алдын ала керілу, яғни нақты жүктеме әсер етпес бұрын бетонға алдын ала қысу күшін түсіру; бұл материалдың керілуге төзімділігін арттырады және трещиналардың пайда болуына қарсы тұрады. Осы инженерлік шеберліктер бетонды арматураланған құрылымдарды терең негіз жүйелері, өнеркәсіптік қолдау құрылымдары мен су қоймаларының қанаттары сияқты өте ауыр статикалық жүктемелерді ұстау үшін кеңінен қолдануға себепші болады. Бетонның өзіндік массасы мен қысуға төзімділігі оны, әсіресе иілуі оңай болатын жіңішке элементтерді қажет ететін жағдайларда, болатқа қарағанда жоғары деңгейде қолданылуға мүмкіндік береді.

Қолданысқа арналған сәйкестік: Жүктеме талаптарына құрылымдық жүйелердің сәйкестігі

Болат пен темірбетон арасындағы таңдау шынымен-ақ әрбір материалдың қандай мүмкіндіктері бар екенін жобаның нақты қажеттіліктеріне сәйкестендіруге негізделген. Болат өзінің салмағына қарағанда өте жоғары беріктігімен ерекшеленеді, сондықтан оның ұзын аралықтарда — мысалы, ұшақ қоймаларында, спорт ареналарында және көпірлерде — құрылымды жеңіл ұстау маңызды болған жағдайларда кеңінен қолданылуын көреміз. Темірбетон, әдетте, салмақ пен сығылу беріктігі маңызды факторлар болған кезде жеңіске жетеді. Негізгі тіректерді, ядролық электр станцияларын қоршаған үлкен ұстағыш қабырғаларды немесе су басқару жүйелерін елестетіңіз. Биік ғимараттарда жер сілкінісі қаупі бар жағдайда болаттың сынбай иілу қабілеті өте бағалы болады. Осы иілгіштік ғимараттарға жер сілкінісі кезінде бақыланатын деформацияға ұшырауға мүмкіндік береді. Биік ғимараттар мен қалалық орта кеңесінің нақты деректері бұның қаншалықты кең таралғанын көрсетеді — 300 метрден асатын биіктіктегі ғимараттардың шамамен 90%-ы болат каркас қолданады.

Динамикалық жүктемелермен, әсіресе өнеркәсіптік машиналардан келетін жүктемелермен жұмыс істегенде болса, болат кернеу әсерінен болжанған тәртіпте әрекет етуге склонды, сондықтан инженерлер үшін тербелістерді талдау мен бақылау оңайырақ болады. Ал қарама-қарсы жағынан, армияланған темірбетон өзінің салмағы арқасында табиғи артықшылыққа ие болады, ол қауіпсіздік өте маңызды болатын жерлерде жарылыстар мен ұшқындардан қорғауды жақсартады. Қазір біз көптеген ғимараттарда осы екі материалдың қосылуын көреміз. Темірбетондық ядролар құрылымдық тұрақтылық береді және өрт қауіпсіздігі талаптарын қанағаттандырады, ал ғимараттың шеткі бөліктеріндегі болат рамалар әр қабатта бағандарды барлық жерге орналастыруға қажеттіліксіз, жұмысшыларға тезірек салуға мүмкіндік береді. Граждандық құрылыс мамандарының жариялаған кейбір соңғы есептеріне сәйкес, бұл комбинирленген жүйелер әртүрлі мақсатта пайдаланылатын биік ғимараттарда жүктемелерді қабылдау кезінде барлық ғимарат бойынша бір ғана материал қолданылған жағдайға қарағанда жалпы алғанда 15 пайыздан 20 пайызға дейін жақсы нәтиже көрсетеді.

Сұрақтар мен жауаптар бөлімі

Болат құрылымдардың жер сілкініс аймақтары үшін артықшылығы неде?

Балалық конструкциялардың салмағына қатысты күші өте жоғары болады және олар жер сілкінісі кезінде иілу мен деформацияға ұшырай алады, бұл катастрофалық зақымдануды тудырмай-ақ шоктық толқындарын сіңіреді.

Неге негіздерде темірбетон қолданылады?

Негіздерде темірбетон қолданылуының себебі — оның әсерлі сығылу беріктігі мен ауыр статикалық жүктерді ұстай алу қабілеті, яғни масса мен сығылу беріктігі маңызды болған жағдайларда ол басқалардан айтарлықтай артықшылыққа ие.

Бетон бағаналарының өнімділігін қалай жақсартады?

Спиральді байланыстар немесе сақиналар арқылы бетон бағаналарын қоршау олардың пластикалық қабілетін арттырады, сондықтан олар жер сілкінісі кезінде қысымды қабылдауға жақсы, ал қатты қирауға таяу болмайды.

Қашан болса да болады: болат конструкциялар темірбетон конструкцияларға қарағанда қандай жағдайларда ұсынылады?

Болат конструкциялар жер сілкінісі аймақтарында, спорт ареналарында және көпірлерде салмақтың азайтуы мен пластикалық қабілеттің маңызды болған жағдайларда ұзын аралықтар мен икемділік қажет ететін қолданыстар үшін ұсынылады.