Виды железобетонных конструкций: особенности элементов

Появление железобетонных конструкций в ХIX веке стало настоящим прорывом в строительных технологиях. На сегодняшний день без них невозможно представить ни один строительный объект. В этой статье мы рассмотрим, какие существуют железобетонные конструкции, и какими характеристиками они обладают.

Железобетонные конструкции

Общие сведения

Что такое железобетон

Бетон, как известно, отличаются высокой прочностью на сжатие, однако, его сопротивление на растяжение не велико – в 10-15 раз меньше прочности на сжатие. Поэтому неармированные бетонные конструкции используются очень редко. Чтобы устранить этот недостаток, в его структуру добавляют стальную проволоку или прутья, отлично работающие на растяжения (читайте также статью «Асфальтобетонные смеси: основные разновидности, особенности приготовления и использования»).

Таким образом, железобетон представляет собой материал, образованный бетоном и металлической арматурой, расположенной внутри него.

В совокупности получается единая конструкция, которая обладает высокой прочностью, благодаря совокупности свойств бетона и металла.

Впервые железобетонные изделия стали патентовать в конце ХIX века. С тех пор прошло более 150 лет, и за это время, конечно же, железобетон серьезно усовершенствовался. Однако, можно с уверенностью сказать, что его «эволюционный» процесс еще не завершен.

Схема армирования изделий

Виды армирования

В наше время железобетонные конструкции армируются не только для увеличения прочности бетона на растяжение, но и на внецентренное и осевое сжатие, кручение и пр. Кроме того, рабочая арматура позволяет уменьшить размер сечения элементов, а также снизить вес конструкций.

Наряду с обычным армированием, на сегодняшний день широко распространены предварительно напряженные железобетонные конструкции. Их особенностью является то, что при изготовлении бетон подвергается обжатию, а сама арматура – предварительному растяжению.

Предварительное напряжение позволяет существенно повысить трещиностойкость, а также снизить деформации элементов конструкций. С предварительным напряжением обычно выполняют большепролетные железобетонные конструкции, а также другие элементы, на которые предполагается большая нагрузка на растяжение.

Заливка железобетонного фундамента

Особенности железобетонных конструкций

Достоинства

Среди достоинств железобетонных конструкций можно выделить:

• Долговечность – благодаря надежной сохранности арматуры, которая находится под слоем бетона, железобетон обладает исключительной долговечностью. Кроме того, материал отлично справляется с атмосферными воздействиями.
• Прочность – со временем прочность железобетона не уменьшается, а даже увеличивается.
• Возможность изготовления своими руками, к примеру, при возведении фундамента . Для этого надо лишь выполнить опалубку и изготовить металлический каркас из арматуры, после чего опалубка заливается бетонным раствором.
• Пожаростойкость – железобетон отлично противостоит огню. Причем, для повышения огнестойкости, в состав добавляют специальные заполнители, такие как базальт, шамот, доменные шлаки и др. Кроме того, повысить огнестойкость можно путем увеличения защитного слоя до 3-4 см.
• Сейсмостойкость – в отличие от других строительных материалов, железобетон, благодаря монолитности, хорошо противостоит сейсмической активности.
• Хорошие эксплуатационные качества – железобетон может принять любые архитектурные или конструктивные формы.
• Учитывая прочность и долговечность материала, его цена вполне доступная.

Недостатки

К недостаткам железобетонных конструкций относятся следующие моменты:

• Большой вес;
• Высокая тепло- и звукопроводность;
• Склонность к растрескиванию.

Совет! Чтобы утеплить железобетон, используют теплоизоляционные материалы, такие как пенополистирол и минеральная вата. Инструкция по монтажу теплоизоляции довольно простая.

Сборные железобетонные конструкции

Виды конструкций из железобетона

Все существующие железобетонные конструкции можно условно поделить на три типа:

Сборные	В последнее время пользуются большой популярностью, так как их использование позволяет максимально механизировать строительство. Кроме того, изготовление ЖБИ в заводских условиях позволяет применять прогрессивную технологию приготовления раствора, а также его укладки и обработки.
Монолитные	Используются при возведении сооружений, которые не поддаются разделению и унификации. К таким относятся некоторые гидротехнические сооружения, тяжелые фундаменты, сооружения, выполняемые в скользящей опалубке и пр.
Сборно-монолитные	Как не сложно догадаться, являются сочетанием монолитного бетона и сборных элементов, которые укладываемого на объекте. Закладные детали для железобетонных конструкций позволяют соединить между собой сборно-монолитные изделия не только при помощи бетона, но и путем сварки металлических элементов.

По области применения конструкции могут быть:

• для общественных сооружений и жилых домов;
• для промышленных строений;
• для зданий общего назначения.

Совет! Книга Железобетонные конструкции одноэтажных промышленных зданий – Заикин А.И. позволит детально ознакомиться с особенностями и выполнением расчета фундаментов, колонн, плит перекрытий и прочих железобетонных конструкций, применяемых при строительстве промышленных сооружений.

Как уже было сказано выше, ЖБИ также делятся на:

• Предварительно напряженные;
• Ненапряженные.

Наиболее распространенные виды конструкций из железобетона

Теперь ознакомимся с наиболее распространенными типами железобетонных конструкций, которые повсеместно применяются в строительстве.

К таким относятся:

• Фундаменты;
• Панели;
• Балки и плиты перекрытий;

Каждый из этих элементов обладает своим предназначением и конструктивными особенностями.

Ленточный монолитный фундамент

Фундамент

Фундаменты из железобетона устраивают под стены строений, колонны и столбы, а также под тяжелые станки и машины.

Фундаменты бываю двух типов:

• Сборными;
• Монолитными.

Кроме того, они различаются по типу конструкции на:

• Ленточные – под несущие стены;
• Ступенчатые и пирамидальные – под отдельные опоры.

Железобетонные колонны

Колонны

Чаще всего применяются в промышленных зданиях, в которых перекрытия подвергаются большим нагрузкам от оборудования. В этом случае выполняют каркас, состоящий из колонн, балок и прочих элементов.

Кроме того, широко распространены каркасно-панельные сборные здания, в которых колонны являются одним из основных несущих элементов. Они воспринимают на себя нагрузки и через фундамент передают их на грунт.

На фото – железобетонная панель

Панели

При возведении каркасно-панельных строений, для изготовления стен используют панели. Их площадь может составлять до 25 квадратных метров.

Также следует отметить, что существуют бескаркасные панельные здания. В этом случае всю нагрузку воспринимают на себя стены и перегородки, т.е. сами панели.

Балки

Плиты и балки

Данные конструкции относятся к изгибаемым элементам. Плитами называются плоские изделия, длина и ширина которых значительно больше толщины. Балки же являются линейными элементами, длина которых существенно больше поперечных размеров.

Плиты и балки чаще всего используют для устройства плоских перекрытий и покрытий. Как уже было сказано выше, обычно их выполняют предварительно напряженными. Кроме того, имеются и другие некоторые конструктивные особенности железобетонных изгибаемых элементов, что связано с областью их применения.

Вывод

Бетонные и железобетонные конструкции используют в самых разных областях  строительства, поэтому они бываю разных видов. В качестве примера мы привели лишь наиболее распространенные типы конструкций.

В действительности же их существует гораздо большее количество.

Из видео в этой статье можно получить дополнительную информацию по данной теме.

Добавить в избранное Версия для печати

Поделитесь:

Статьи по теме

Все материалы по теме

Железобетонные конструкции: описание, характеристики

Железобетонные конструкции стали настоящим прорывом в 19 веке. Сейчас практически все строительные объекты возводятся с их помощью. На данный момент каждый день в мире производится порядка двух миллиардов кубических метров ЖБИ. Без них невозможна постройка офисов, высотных домов и промышленных зданий.

Железобетонные конструкции позволяют быстро и с минимальными финансовыми затратами возводить дома разной степени сложности. По своей сути ЖБИ — это арматура, залитая цементным раствором.

Характеристики железобетона

Бетон обладает большой прочностью. Это позволяет строить здания с долгим сроком эксплуатации. К тому же он хорошо выдерживает перепады температуры. К другим полезным характеристикам этого материала причисляют:

• морозостойкость,
• высокую плотность,
• водонепроницаемость,
• огнестойкость.

Прочность бетона при сжатии в 10—20 раз больше, чем при растяжении. Этот параметр во многом зависит от используемого песка и гравия. Главную роль играет качество цемента. Именно цемент определяет, насколько прочным будет состав.

Заливка бетоном позволяет защитить арматуру от коррозии. Строения, выполненные из этого материала, отличаются долговечностью и стойкостью. Очень сильно на качество материала влияет пористость, а именно отношение пор к общему объёму.

Важно! Поры есть в любой конструкции. Они появляются в результате испарения воды, не вступившей в реакцию с цементом. Очень часто большая пористость является доказательством использования недостаточного количества цемента в смеси.

Плотность представляет собой отношение массы бетона к его объёму. Чем выше эта характеристика, тем более прочной будет железобетонная конструкция. Благодаря высокой плотности бетон хорошо противостоит сжатию.

Вне зависимости от толщины железобетонной конструкции она может эффективно передавать тепловой поток. Теплопроводность бетона в 50 раз меньше, чем у стали, но намного выше, нежели у кирпича.

Результатом невысокой теплопроводности железобетонных конструкций становится их огнестойкость. Благодаря этому данный материал также используют при обустройстве промышленных цехов, где приходится работать с высокими температурами.

Важно! Железобетонные конструкции могут выдерживать температуру до 1000 градусов на протяжении длительного времени. При этом изделия не разрушаются и не трескаются.

Важной характеристикой бетона является его морозоустойчивость. Этот материал при насыщении водой может выдерживать многократные перепады температур без каких-либо последствий. Процент снижения прочности минимальный.

Тем не менее у бетона есть один весомый недостаток. Его сопротивление растяжению крайне мало. Поэтому в конструкцию добавляются армированные элементы. К примеру, стальная проволока или прутья.

Единая железобетонная конструкция обладает высокой прочностью и хорошим сопротивлением растяжению. К тому же технология создания данных изделий за последние 150 лет сильно изменилась и продолжает совершенствоваться каждый день.

Что такое армирование

Армирование позволяет создавать железобетонные конструкции на века.

Лучшим примером в данном контексте будет постройка прочного и долговечного пола. В процессе работы осуществляется стяжка на металлической основе. Бетонный пол бывает следующих видов:

• наливной;
• опирающийся на грунт или плиты;
• стяжка со слоем теплоизоляции;
• стяжка, базирующаяся на плитах перекрытия.

Кроме увеличения прочности железобетонной конструкции, армирование позволяет сократить затраты бетона. В процессе работы могут использоваться такие материалы, как:

• арматурный каркас,
• сетка из стекловолокна,
• сетка из катанки,
• сварная сетка с ячейками,
• сетка из полимеров,
• фиброволокно.

Широкий выбор даёт возможность подобрать оптимальный вариант для создания качественной и долговечной железобетонной конструкции.

Инструменты и материалы для производства

Оборудование для промышленного изготовления сборных железобетонных блоков описано в таблице:

Наименование типа производства	Характеристика
Поточные линии	Состоят из замкнутых конвейеров и теплогенерирующих устройств
Поточно-агрегатные модули	В состав входят конвейерная стальная лента, вибропрокатное оборудование, устройства для приготовления и подогрева бетонной смеси
Стендовое	Процесс выполняется на недвижимых специальных стендах

Перечень материалов для изготовления продукции из железобетона для последующей сборки сведен в таблице:

Наименование	Тип, марка	Характеристика
Бетонные растворы	Сверхлегкие, плотность меньше 600 кг/м3	Для создания декора
	Легкие, плотность свыше 600 кг/м3	Материал легких построек
	Тяжелые, плотность от 1800 кг/м3	Средство для стенных блоков и перекрытий
	Сверхтяжелые, плотность больше 2700 кг/м3	Материал несущих элементов
Металл для арматуры	25ГС, 15ГС2, 30Г2	Применяются в каркасах для небольших нагрузок
	30ГСХТ, 25ШЦГС, Ст50	Армируются плиты, подвергающиеся высоким нагрузкам

Виды железобетонных конструкций

ЖБК можно классифицировать по многим параметрам. За 150 лет непрерывного совершенствования было придумано множество методов создания железобетонных конструкций с применением разных технологий и сортов бетона.

Сборные железобетонные конструкции

Их производят на строительной площадке из заранее подготовленных элементов. При этом СЖК создаются на специализированных предприятиях, где есть необходимое оборудование и высокий уровень автоматизации труда. Это позволяет добиться уменьшения себестоимости и максимальной продуктивности.

В своё время создание СЖК крайне позитивно повлияло на всеобщую индустриализацию и механизацию сферы строительства. Сборные железобетонные конструкции позволяют возводить здания в любые погодные условия. Можно осуществлять постройку зимой и летом, в дождь, ветер и жару.

Тем не менее сборные железобетонные конструкции имеют один существенный недостаток, а именно высокую трудоёмкость. К тому же создание стыков имеет большую металлоёмкость и соответствующую стоимость.

Монолитные железобетонные конструкции

Эти изделия создаются непосредственно на строительной площадке путём укладки бетона в опалубку. Как результат снижения стоимости МЖК можно добиться за счёт уменьшения расходов на бетон, арматуру, опалубочные материалы и оплату труда.

Застройщик сам определяет обоснованность использования того или иного количества материалов в зависимости от степени сложности объекта и его назначения. Это позволяет создавать более гибкую смету, реально оценивая потребности производства.

Главное достоинство монолитных железобетонных конструкций — их пространственная целостность. Если брать профессиональную терминологию, то это высокая статическая неопределённость. За счёт этого монолитные конструкции имеют малую материалоемкость.

МЖК использую как для возведения типичных, так и для создания уникальных зданий. Эти изделия позволяют строить объекты, применяя разные виды опалубки, среди которых:

• несъёмная,
• передвижная,
• щитовая,
• блочная.

Также при создании монолитных железобетонных конструкций применяются крупные блоки арматуры и пространственные армированные каркасы. Также данная технология позволяет наладить механизированную подачу и укладку бетона. Есть ряд сооружений, которые создаются только при помощи МЖК, к ним относят:

• бассейны,
• фундаменты,
• сооружения с мощными динамическими нагрузками.

В каждом из вышеперечисленных вариантов применение монолитных железобетонных конструкций экономически выгодно. Несмотря на серьёзные преимущества, данная технология имеет свои недостатки, среди которых:

• трудоёмкая опалубка;
• сезонность работ;
• сроки строительства во многом зависят от скорости затвердевания смеси.

Работы с монолитными железобетонными конструкциями осуществляют только в тёплое время года. Для ускорения процесса применяют специальные сорта цемента, которые застывают чрезвычайно быстро.

Сборно-монолитные железобетонные конструкции

Это целый комплекс элементов. Согласно данной технологии сборный и монолитный железобетон укладывается вместе.

Главную роль в данной технологии играет качество сцепления сборных элементов с монолитными. Чтобы достичь нужного результата сборные конструкции могут иметь разную форму и размер. В комплексах такого рода может использоваться напрягаемая и ненапрягаемая арматура. Всё зависит от конкретной ситуации и назначения объекта.

Если поверхность сборно-монолитных железобетонных конструкций имеет высокий уровень шероховатости, то можно обойтись без шпонок. В местах, где сборные элементы контактируют с бетоном, предусматривается выпуск поперечной арматуры. Анкеровка укладывается в монолитном бетоне дополнительно.

Важно! Сборный железобетон в данных конструкциях является опалубкой для монолитной составляющей.

Сборно-монолитные железобетонные конструкции сочетают в себе достоинства обоих предыдущих видов. Они весьма экономичны и позволяют строить здания посредством современных методов быстро и качественно.

Важно! Монолитный железобетон гарантирует высокую пространственную жёсткость. Это снижает материалоемкость.

В монолитных элементах широко применяются лёгкие и ячеистые бетоны. Допускается использование искусственных пористых заполнителей. Из-за чего значительно уменьшается удельный вес конструкции.

Классификация изделий

Основополагающим документом, регламентирующим использование подобных изделий, является СНиП по железобетонным конструкциям (2.03.01-84). Этот норматив, а также другие документы, регламентирующие отдельные аспекты применения железобетона в строительстве, определяют его состав и ключевые требования к характеристикам.

Согласно данным нормативам, железобетон представляет собой композит, состоящий из цементного или аналогичного по свойствам связующего, плотного наполнителя и металлической арматуры. Такое сочетание позволяет объединить массивность и стойкость настоящего бетона с достаточной прочностью на изгиб и сжатие, которой обладает сталь.

Для облегчения ориентации в разнообразии железобетонных конструкций существует несколько вариантов их классификации. В основе каждого варианта лежит тот или иной фундаментальный признак.

Так, по принципу возведения ж/б изделия делятся на:

• Сборные – состоят из отдельных элементов, производимых в заводских условиях и собираемых в единую систему на объекте.
• Монолитные – обустраиваются путем заливки непосредственно на месте. Для изготовления монолитных конструкций чаще всего применяются опалубки различных форм.

Монолитное строительство

Обратите внимание! Также иногда выделяют промежуточный, сборно-монолитный тип изделий, объединяющий обе описанные технологии.

Классификация по конфигурации обычно включает в себя такие разновидности:

• Блочные — наиболее распространенные и простые в изготовлении. Представляют собой полнотелые или пустотелые блоки правильной геометрической формы.
• Линейные – разновидность блочных модулей, вытянутых в длину. К линейным конструкциям обычно относят балки, сваи, столбы, фермы и т.д.
• Плоские – плиты и перекрытия разного размера и прочности. Как и блоки, могут делаться пустотелыми для уменьшения массы при незначительном снижении прочности.
• Пространственные изделия – лотки, трубы, кольца для колодцев и т.д. Основной отличительной чертой подобных модулей является наличие внутренней функциональной полости.

Разнообразие форм

Естественно, здесь приводится лишь обзор основных типов изделий. СНиП на железобетонные конструкции содержит более подробную классификацию с точными характеристиками, и потому при проектировке специалисты обращаются именно к этому нормативу.

Правила создания надёжных железобетонных конструкций

В процессе работы должны быть соблюдены все СНиПы и нормы строительства. Некоторые организации дополнительно ориентируются на международные стандарты, чтобы получить важное конкурентное преимущество. Тем не менее есть свод обязательных правил, которые должны соблюдаться при создании бетонных перекрытий:

1. Сетка или каркас не должны создавать препятствий для равномерного распределения бетона.
2. Сначала на площадку укладывается материал для армирования и только после этого осуществляется заливка.
3. Необходимо избегать попадания в железобетонную конструкцию масляных веществ. Они препятствуют образованию крепкой связи между бетоном и каркасом.
4. Чтобы защитить ЖБК от коррозии, бетон должен полностью скрывать элементы армирования.

Каркасное армирование используется тогда, когда фундамент и пол — единая система фиксации дома. Подобная технология применяется при постройке на грунтах с низкой степенью надёжности.

Вывод

Железобетонные конструкции применяют в строительстве различных зданий и сооружений, и не только. Разновидности ЖБИ (панели, объемные блоки, фермы, сантехнические кабины) за счет своих габаритов, масс и условий, которые нужно соблюдать в процессе перевозки, требуют узкой специализации подвижного состава.

Транспортировка балок, колонн, опор и стоек линий электропередач, ригелей и свай имеет схожие требования к перевозочному процессу, поэтому схемы подвижного состава для их перевозки могут совпадать.

Почему стоит обратиться в “Инновационные Конструкции”?

Все этапы проектирования должны быть тщательно спланированы и проводиться по требованиям ГОСТа, СНиП. Работа выполняется специалистами с профильным высшим образованием и большим опытом. “Инновационные Конструкции” Возьмет на себя решение любых вопросов проектирования фундаментов, а также других ЖБИ-конструкций. Мы разработаем качественный и многофункциональный проект. Составляем договор. Предлагаем комплекс услуг, включающий составление пакета чертежей, смет и пояснительных записок. Выполняем согласование проекта в вышестоящих органах. Предоставляем полный отчет по окончании работы.

Железобетон — Полезная информация

Железобетон представляет собой комбинацию бетона и арматуры. Существуют различные типы бетона, которые не содержат арматуры.

Гравитационные конструкции, такие как подпорные стены, массивные бетонные плотины и т. д., сооружаются без армирования. Они сконструированы таким образом, что в сечении не возникают растягивающие напряжения.

Если в бетоне нет напряжения, для таких конструкций не требуется армирование. Это не означает, что это относится ко всем структурным элементам.

Например, бетонные колонны, подвергающиеся чистому сжатию, когда растягивающие напряжения, вызванные изгибающими моментами, меньше, чем осевое сжатие. Хотя секция находится в полном сжатии, мы предусмотрели усиление, по крайней мере, чтобы избежать коробления.

Тип конструкции, определяемый с ним, должен быть железобетонным или неармированным бетоном.

Наиболее широко используемым строительным материалом является железобетон по сравнению с другими материалами, такими как сталь и древесина.

Сочетание арматуры с бетоном обеспечивает необходимую прочность. Регулировка размеров элементов производится на основе приложенных нагрузок, таких как осевая сила, изгибающие моменты, усилия сдвига, крутящие моменты и т. д.

Можно армировать как монолитный бетон, так и сборный железобетон.

Зачем нам подкрепление?

Как мы все знаем, бетон прочен на сжатие и слаб на растяжение. Как правило, предел прочности бетона на растяжение составляет около 1/10 его прочности на сжатие.

Следовательно, нам нужно что-то, чтобы выдерживать растягивающие напряжения при развитии в сечении с действиями нагрузки. На этом фоне напряжение сжатия может быть воспринято бетоном, а напряжение растяжения будет передано арматуре, поскольку бетон не может выдерживать такое большое напряжение без образования трещин.

Как правило, существует две категории железобетона в зависимости от требований к армированию.

• Одинарное усиление
• Двойное усиление

Характер нагрузки и величина нагрузки определяют, требуется ли усиление на сжатие или нет. Статьи Расчет одинарной армированной балки и Расчет двойного армированного профиля могут быть отнесены к методу расчета сечения.

При проектировании железобетона необходимо учитывать требования по долговечности и по долговечности бетона .

Бетон может испортиться из-за различных факторов, таких как карбонизация, хлорирование и т. д. Следовательно, необходимо покрытие для арматуры, марки бетона и соответствующего водоцементного рациона, подходящего строительного материала и т. д. должно быть выбрано имущество в соответствии с инженерными требованиями до строительства.

Несколько важных фактов о железобетоне

• Накладка на арматуру

Выбирается в зависимости от класса воздействия и огнестойкости бетона.

• Марка бетона

Выбирается на основе класса воздействия и в соответствии с требованиями долговечности. Стандарты BS 8500 содержат исчерпывающее руководство по выбору бетона.

• Арматура

Перед использованием арматура должна быть испытана в соответствии с применимыми стандартами. Последовательность палатки и отбора проб должна соответствовать спецификации или соответствующему кодексу.

• Характеристическая прочность бетона

Характеристическая прочность бетона — это параметр/прочность, который мы использовали для проектирования конструкции.

• Факторы, влияющие на прочность бетона

Дополнительную информацию можно найти в статье Факторы, влияющие на прочность бетона .

• Предельное состояние пригодности к эксплуатации

Все конструкции проверяются на предельное состояние работоспособности. Это состояние, в котором конструкция проверена на учитываемые нагрузки.

Расчеты фундаментов, прогибов, контроля трещин и т.п. проверяются на предельное состояние пригодности.

• Предельное состояние

Все конструкции рассчитаны на предельное состояние. Коэффициенты нагрузки основаны на типе нагрузки и в соответствии с соответствующими стандартами.

• Армирование железобетона

В железобетонной конструкции предусмотрена обычная арматура. Кроме того, в строительстве используются и другие типы арматуры, такие как армирование волокнами, в качестве арматуры для восприятия растягивающих напряжений в бетоне.

• Гидроизоляция

Все железобетонные конструкции, сооруженные под землей или ниже уровня грунтовых вод, подвержены демпфированию, что в последующем может привести к коррозии, когда такой железобетон подвергается воздействию кислорода.

В зависимости от важности конструкции конструкции гидроизолируются.

Это можно считать требованием долговечности.

Статья Преимущества и недостатки железобетона могут быть направлены на более строгое соблюдение правил его использования.

Учебный железобетон с губками

Abstract

Это демонстрация в классе, в которой используются чистящие губки и пенополистирол, чтобы помочь учащимся понять, как работает железобетонная балка, а также роль растяжения и сжатия в железобетонной балке.

Цели обучения

После этого задания учащиеся должны уметь:

• Объяснять, почему арматура укрепляет бетонную конструкцию
• Определение частей балки, находящихся под сжатием и растяжением
• Принятие решения о размещении стальной арматуры в железобетонной балке при различных условиях нагрузки

Общие сведения

Железобетон представляет собой композиционный материал, в котором относительно низкая прочность бетона на растяжение компенсируется включением стальной арматуры, имеющей более высокую прочность на растяжение. Поскольку бетон прочен на сжатие, но слаб на растяжение, введение стали помогает предотвратить растрескивание бетона под действием растягивающих напряжений.

В этом упражнении учащиеся работают в группах по два человека. Один учащийся держит губку как балку (поддерживаемую с обоих концов), а второй учащийся прикладывает нагрузку к середине. Сначала учащиеся выполняют задание зеленой стороной вниз. Более жесткая зеленая сторона действует подобно арматуре, а желтая сторона является хрупкой и действует подобно бетону. Во второй раз учащиеся выполняют задание зеленой стороной вверх.

Список материалов

• Демонстрация 1: Сухие чистящие губки (например, мочалка Scotch-Brite для тяжелых условий эксплуатации)
• Демонстрация 2: пенополистирол (белые блоки 5 x 12 x 1,25 дюйма), клейкая лента, корзина, банки, зажим

Процедура

Купите упаковки губок задолго до начала лекции. Дайте губкам высохнуть на воздухе, пока они не станут ломкими. Если размер класса большой, вы можете сэкономить материал, разрезав губки пополам по длине. Учащиеся могут работать в парах с половинкой губки.

Познакомьте учащихся с понятием железобетона, объяснив, что бетон прочный на сжатие, но слабый на растяжение, тогда как сталь прочна на растяжение, но слаба на сжатие. В железобетоне два материала комбинируются таким образом, что полученная балка обладает прочностью как на сжатие, так и на растяжение.

Затем вы можете задать ряд вопросов для дальнейшего изучения этой концепции.

Затем попросите учащихся перевернуть губку зеленой стороной вверх. Затем вы можете спросить учеников:

2) Когда вы нажимаете на перевернутую губку, она теперь..

• A. сильнее, чем раньше
• B. слабее, чем раньше
• C. той же прочности, что и раньше

Учащиеся должны обнаружить, что в перевернутом состоянии губка/балка может выдерживать гораздо меньшую нагрузку и даже может разорваться на части. За этим следует задать открытый вопрос о том, почему губка слабее в перевернутом виде. В ходе обсуждения учащиеся должны прийти к выводу, что зеленая поверхность губки прочна на растяжение (аналогично стали в железобетонной балке), а желтая — слаба на растяжение (аналогично бетону в железобетонной балке). . Таким образом, когда губка перевернута, нижняя часть, находящаяся под напряжением, уже недостаточно укреплена.

В качестве дополнения вы можете оценить понимание учащимися этой концепции с помощью опросного опроса «подумай, поделись» о другой конфигурации балки:

3) В железобетонной консольной балке, показанной выше, где вы должны разместить стальные стержни. ?

В зависимости от опыта и предшествующих знаний учащихся этот вопрос может быть концептуально сложным. Если в ответах есть существенные разногласия, позвольте учащимся обсудить свои ответы друг с другом с последующим повторным голосованием.

Решение этих вопросов опроса может быть обеспечено с помощью следующих демонстраций. Чтобы смоделировать балку, вы можете использовать длинный кусок пенопласта. Параллельные линии, проведенные вдоль стороны балки, могут помочь указать, какая сторона находится под сжатием (линии ближе друг к другу) или под напряжением (линии дальше друг от друга).

Одна сторона пенополистирола армирована клейкой лентой (слой клейкой ленты, наклеенный на одну сторону пенопласта). Лента соответствует стали в железобетонной балке, обеспечивая дополнительную прочность на растяжение.

Свободно опертая балка

Консольная балка

Здесь кантилеверы балки от выступа, а груз подвешен к маленькому кейсу, в нашем клипсе к маленькому концу, с помощью зажима. Сначала пытаемся загрузить балку (с банками в корзине) при этом лента внизу. Во-вторых, нагружаем балку лентой сверху.

Учащиеся заметят, что для консольной балки корзина может вместить больше банок, когда лента находится сверху, поскольку натянутая лента помогает противостоять натяжению. Следовательно, верхняя грань находится в напряжении, в отличие от свободно опертой балки, где нижняя грань находится в напряжении.

К концу этого задания учащиеся должны быть в состоянии идентифицировать части балки, находящиеся под напряжением и сжатием при различных конфигурациях нагрузки, и понимать, что сталь в железобетонной балке должна располагаться там, где растягивается балка.