Opracowali: M. Aszklar, A. Zych, P. Adamowicz, S. Jasieński / 2010
SEMESTR 5
Betony:
Wykład 1:
1. Wymienić podstawowe rodzaje konstrukcji z betonu.
- konstrukcje z betonu niezbrojonego, konstrukcje słabo zbrojone
- konstrukcje żelbetowe (żelbet, żelazobeton)
- konstrukcje sprężone:
a) siatkobeton
b) fibrobeton
c) konstrukcje ze zbrojeniem innym niż stalowe
d) kablobeton
2. Jakie czynniki zapewniają korzystną współpracę zbrojenia z betonem?
Przyczepność między zbrojeniem i betonem. Gdyby zbrojenie mogło ślizgać się w betonie, to nie powstawałby w nim siły potrzebne do przeniesienia obciążeń. Jeżeli zbrojenie jest wykonane ze stali gładkiej, to przyczepność zapewniają przede wszystkim mikronie równości na powierzchni zbrojenia. Pewna role odgrywa także kohezja. Dzisiaj stosuje się przede wszystkim stal żebrowaną – wtedy przyczepność zależy od użebrowania, które ogranicza poślizg stali względem betonu.
3. Wymienić co najmniej 4 nazwiska wybitnych architektów lub inżynierów, autorów wyróżniających się budowli z betonu.
I. Joseph-Louis Lambot zbudował łódź zbrojona siatką (do dziś w muzeum)
II. William B. Wilkinson zbudował pierwszy mały dwupiętrowy domek
III. Joseph Monier zbudował donice i zbiornik na wodę
IV. Francis Hennebique – jego firma w ciągu 10 lat (powstała w 1892) wzniosła ponad 7000 konstrukcji żelbetowych
4. Wymienić co najmniej 6 wyróżniających się budowli z betonu – wskazane jest podanie ich nazw i dat oddania do użytku.
I. August Perret – dom przy rue Franklin 1902
II. Hala Stulecia we Wrocławiu – 1913
III. Zapora Hoovera w USA- 1936
IV. Budynek ONZ w Nowym Jorku – 1953
V. Port Lotniczy w Nowym Jorku – 1956-62
VI. Port Lotniczy w Waszyngtonie – 1958-62
VII. Opera w Sydney – 1973
5. Podstawowe informacje o siatkobetonie
Siatkobeton - Odmiana żelbetu o specyficznym zbrojeniu oraz ulepszonych własnościach mechanicznych. Podstawowym zbrojeniem siatkobetonu jest siatka stalowa o kwadratowych lub prostokątnych oczkach (np. 10x10 mm lub 10x15 mm), z cienkiego drutu (średnica od 0,5 do 1,2 mm), równomiernie rozmieszczona w kilku warstwach w całym przekrój ścianki elementu. Takie usytuowanie zbrojenia nadaje przekrojowi własności jednorodne, co z kolei powoduje polepszenie cech wytrzymałościowych przekroju, np. zwiększenie wytrzymałości na rozciąganie, lekkość konstrukcji.
6. Podstawowe informacje o fibrobetonie.
Fibrobeton - włóknobeton, beton zawierający rozproszone mikrozbrojenie w postaci włókien stalowych, polimerowych, szklanych; stosowany m.in. do budowy nawierzchni drogowych, pasów startowych, posadzek przem., fundamentów maszyn. Włókna dodaje się do mieszanki betonowej, kierunki włókien nie są uporządkowane (dąży się do równomierności rozkładu tego rozproszonego zbrojenia) Fibrobeton układa się w zwykły sposób lub stosuje jako beton natryskowy. Wadą jest możliwość wystąpienia szybkiej korozji włókien leżących blisko powierzchni.
7. Przetłumaczyć na angielski następujące słowa:
· Beton – concrete
· Stal – steel
· Żelbet – reinforced concrete
· Element sprężony – prestressed structures
· Element prefabrykowany - precast
· Zbrojenie – reinforced mesh
· Pręt zbrojeniowy – renforcement bars
· Siatkobeton - ferrocement
· Fibrobeton – fiber-reinforced concrete
· Konstrukcja z betonu niezbrojonego – plain and lighty reinforces concrete structures
8. Co rozumiemy przez ramię sił wewnętrznych ( w elemencie zginanym ) ?
Z – odległość między wypadkowymi siłami : ściskającymi i rozciągającymi.
9. Podstawowe informacje o konstrukcjach żelbetowych w XIX wieku.
Beton zaczęto stosować już w budownictwie starożytnego Rzymu, jednak później został zapomniany przez wieki. Od końca XIX wieku, gdy w 1892 roku francuski konstruktor Francois Hennebique opatentował zasadę wznoszenia jednolitych, szkieletowych konstrukcji żelbetowych - połączenie betonu ze stalowym zbrojeniem - stał się on powszechnie stosowanym materiałem budowlanym. Zastosowanie żelbetu miało rewolucyjny wpływ na budownictwo i architekturę XX wieku. Znalazł on szerokie zastosowanie w budownictwie o bardzo różnorodnych funkcjach (używany w budowlach inżynieryjnych, obiektach militarnych, przemysłowych, usługowych, mieszkalnych, a także sakralnych).
10. Kopuły betonowe i żelbetowe – krótki opis kilku wybitnych obiektów.
Kopuły należą do najdawniej znanych i stosowanych przekryć o dużej rozpiętości. Pierwszym osiągnięciem realizacji nowoczesnych kopuł żelbetowych była wzniesiona w 1908 roku kopuła żebrowa w Hali Ludowej we Wrocławiu o rozpiętości 65 m i wysokości 19 m. Rozpiętość kopuł bezżebrowych dochodzi najczęściej do 60 m. Przy odpowiedniej krzywiźnie kopuły występują w niej tylko naprężenia ściskające zarówno w kierunku południkowym jak i równoleżnikowym. Odpowiednio do kierunku działania sił , zbrojenie powłok rozmieszcza się w kierunku równoleżnikowym i południkowym (rys.6) przy czym liczba prętów zbrojenia południkowego wzrasta w kierunku wezgłowi kopuły. W przypadku kopuł o większych rozpiętościach gdy grubość powłok wynosi 8 cm i więcej, stosuje się podwójną siatkę wkładek w celu zapobieżenia powstawaniu rys termicznych lub skurczowych.Szczegół połączenia kopuły o zmiennej grubości z pierścieniem oporowym przedstawia rys. 7.http://www.dachy.info.pl/images/stories/2005/02_2005/38_41/40_2.jpgNa rys. 8 przedstawiono powłokę żelbetową w kształcie kopuły półkolistej wg [2] o średnicy 93,3 m, w której znajduje się planetarium Zeissa w Jenie.Kopuła jest zbrojona w trzech kierunkach w ten sposób, że krzyżujące się pręty zbrojenia tworzą siatkę trójkątów równoramiennych o długości boku 60 cm. Poszczególne oczka siatki zbrojenia wypełniono gęstą siatką z cienkiego drutu i wypełniono betonowym torkretem. Grubość żelbetowej powłoki (płaszcza) wynosi 6 cm.Na rys. 9 znajdują się kopuły i nia o różnym kształcie powłoki wykonane na różnym planie.
11. Cienkościenne przekrycia żelbetowe inne niż kopuły kuliste – krótki opis kilku wybranych obiektów.
Do dachów tego typu stosowanego na ogół rzadko w budownictwie miejskim zaliczamy powłoki walcowe jedno i wielofałdowe, tarczownice i przekrycia konoidalne. Przekrycia tego typu stosowane są dla dużych powierzchni, jak dworce kolejowe, zajezdnie tramwajowe, hale sportowe, kościoły itp.
Dodatkowe informacje podsumowujące:
Ze względu na to w jaki sposób stał współpracuje z betonem, możemy dokonać podziału konstrukcji żelbetowych.
· żelbet – wkładką tworzącą zbrojenie są stalowe pręty, które mogą być umieszczone w betonie na terenie budowy lub jeszcze w wytwórni gdzie powstają prefabrykaty żelbetowe. Dzięki połączeniu betonu który posiada dobrą odporność na naprężenia ściskające i stalowych prętów odpornych na naprężenia rozciągające, powstaje materiał z wykorzystaniem którego można tworzyć bardzo wytrzymałe konstrukcje żelbetowe.
· siatkobeton – elementem zbrojeniowym jest siatka posiadająca kwadratowe oczka o bokach od 6 do 75 minimetrów. Zastosowanie tego typu siatki nadaje materiałowi dużą wytrzymałość na rozciąganie i inne obciążenia dynamiczne, chroni przed powstawaniem rys i nadaje materiałowi dużą szczelność.
· beton sprężony – powstaje poprzez wprowadzenie naprężeń ściskających, dzięki rozciągnięciu elementów zbrojenia, którymi są elementy stalowe o bardzo dużej wytrzymałości. Naprężenia te są odwrotne niż naprężenia które będą występowały podczas użytkowania materiału, dzięki czemu naprężenia te ulegną zrównoważeniu. Beton sprężony ze względu na wprowadzane naprężenia podczas produkcji materiału, możemy podzielić na:
o strunobeton – powstaje poprzez naciągnięcie drutów stalowych i zalanie ich betonem, gdy beton osiągnie odpowiednią wytrzymałość naciągi zostają zwolnione. Dzięki takim operacją powstaje beton sprężony z którego wykonuje się np. belki mostowe, czy płyty stropowe.
o kablobeton – elementem zbrojeniowym są stalowe kable które wprowadza się do specjalnych kanałów i naciąga. Kanały gdzie znajdują się naciągnięte kable wypełniane są betonem.
o drutobeton – charakteryzuje się tym że do betony wprowadza się równomiernie krótkie i cienkie druty stalowe.
Wykład 2:
1. Naszkicować wykresy przedstawiające naprężenia w betonie i siły w zbrojeniu w fazach Ia, IIa i III:
a) W elemencie osiowo rozciąganym,
b) W elemencie zginanym
2. Podstawowe założenia teorii liniowej
Teoria liniowa odpowiada rzeczywistości pod warunkiem że naprężenia w betonie i zbrojeniu nie przekraczają granic sprężystości
3. Sporządzić szkic przedstawiający przekrój (ze standardowymi oznaczeniami) oraz wykresy naprężeń i odkształceń, na podstawie których można wyprowadzić podstawowe wzory teorii liniowej.
4. Zdefiniować przekroje w fazie I i w fazie II
Teorie fazy Ia stosuje się do sprawdzania naprężeń i obliczania ugięć w elementach sprężonych oraz do sprawdzania naprężeń w niektórych konstrukcjach niesprężonych (np. w kominach i konstrukcjach obciążonych dynamicznie)
Teorie fazy IIa stosuje się do obliczania szerokości rys i ugięć w elementach żelbetowych (na ogół rozpatruje się je jako zarysowane) oraz do sprawdzania naprężeń w niektórych konstrukcjach (np. w kominach i konstrukcjach obciążonych dynamicznie)
5. Wyprowadzając wzory teorii liniowej
a) Uzależnienia się naprężenia sigma c i sigma s od naprężenia na osi przekroju sigma c0 i od krzywizny k (na podstawie hipotezy Bernoulliego)
b) Tak wyznaczone naprężenia podstawia sie do równań równowagi. Napisać te równania
Rozwiązanie znajduje się w pytaniu 3 wykład 2 (tzn. ten wykład)
6. Napisać i zapamiętać (zabawne) cztery podstawowe wzory teorii liniowej. Wyjaśnić co oznaczają występujące w tych wzorach zmienne Jp i Ap
Ap – pole przekroju
Jp – moment bezwładności względem osi przechodzącej przez środek ciężkości pola Ap
7. Jakie zastosowanie w projektowaniu ma dziś teoria liniowa?
Dawniej metoda NL...
ossad