Как различают арматурные стали. Выбор стали для арматурных каркасов и закладных деталей.

1. Применение арматуры в строительных конструкциях.

Арматурой называют гибкие или жёсткие стержни, используемые при выполнении строительно-монтажных работ и размещаемые в бетоне в соответствии с конструктивными требованиями.

Арматуру (ар-ру) в железобетонных (ж/б) конструкциях применяют для усиления их несущей способности. Ар-ра подразделяется на рабочую арматуру и монтажную. Рабочую ар-ру устанавливают в бетонные конструкции для их усиления и подразделяют на ар-ру продольную и поперечную.

Варианты расположения продольной и поперечной арматуры в каркасах железобетонных конструкций показаны на рис.1.

Продольная и поперечная арматура в каркасах железобетонных конструкций.
Продольная и поперечная арматура в каркасах железобетонных конструкций

1- продольная рабочая арматура; 2- поперечная конструктивная арматура; 3- монтажная арматура балки; 4- поперечная арматура (хомуты) балки; 5- продольная рабочая ар-ра балки; 6- рабочая вертикальная арматура колонны; 7- поперечная арматура колонны.

В качестве ненапрягаемой ар-ры ж/б конструкций применяют:

  • стержневую ар-ру периодического профиля кл.А-III и Ат-IIIС;
  • обыкновенную ар-рную проволоку периодического профиля кл.Вр-I в сварных сетках и каркасах.

ДОПУСКАЕТСЯ применять:

  • стержневую ар-ру периодического профиля кл.А-II и гладкую кл.А-I для поперечной монтажной и конструктивной ар-ры, а также в качестве рабочей продольной, если другие виды ар-ры не могут быть использованы;
  • обыкновенную ар-рную проволоку кл.Вр-I - для вязаных хомутов балок высотой до 400 мм и колонн.

Ар-ру кл.А-III, Ат-IIIС, А-II и А-I РЕКОМЕНДУЕТСЯ применять в виде сварных каркасов и сеток.

При обосновании экономической целесообразности ДОПУСКАЕТСЯ применять ненапрягаемую ар-ру кл.А-IV, А-V и А-VI и их модификаций в качестве сжатой ар-ры, кл.А-IV - в качестве растянутой. Кроме того, в качестве растянутой ар-ры ДОПУСКАЕТСЯ применять ар-ру кл.А-IIIв.

В качестве конструктивной ар-ры ж/б конструкций ДОПУСКАЕТСЯ также применять обыкновенную гладкую проволоку кл.В-I.

Монтажную ар-ру устанавливают по конструктивным и технологическим соображениям. Она обеспечивает проектное положение рабочей ар-ры и более равномерно распределяет усилия от усадки бетона.

В сборных конструкциях для подъёма и транспортирования элемента устанавливают монтажные (строповочные) петли, трубки и др. Для стыкования сборных конструкций применяют стальные закладные детали.

Всю ар-ру (рабочую, монтажную, строповочные петли и закладные детали) объединяют в ар-рные изделия - сварные или вязаные сетки и каркасы.

 

2. Как различают арматурные стали.

Повышение прочности арматурных сталей достигается термическим упрочнением и механической вытяжкой.

Для доп. характеристики стержневой ар-ры, необходимой при использовании её в определенных условиях, к обозначениям классов вводятся буквенные индексы:

  • индекс "т" указывает на возможность стыкования стержней, подвергнутых термическому упрочнению с помощью сварки, например Ат-IIIc;
  • индекс "к" обозначает повышенную стойкость к коррозионному растрескиванию под напряжением, например Ат-IVк;
  • индекс "с" употребляется для ар-ры, РЕКОМЕНДУЕМОЙ к использованию в условиях низких температур, например Ас-II.

У стержней из стали кл.А-III и А-IV, где индекс "т" обозначает, что ар-ра прошла термическую обработку обозначение будет Ат-III и Ат-IV.

Для ар-рной стали, упрочнённой вытяжкой, установлено 2 класса, которые имеют обозначения, соответствующие классу исходной горячекатаной ар-рной стали, но с добавлением индекса "в" (вытяжка): А-IIв и А-IIIв.

Арматурную проволоку обозначают буквой В и подразделяют на 2 класса:

  • Вр-I- обыкновенная ар-рная проволока (холоднотянутая рифленая низкоуглеродистая), предназначенная, главным образом, для изготовления сварных сеток;
  • Вр-II - высокопрочная рифленая арматурная проволока и В-II- гладкая (многократно волоченная, углеродистая), применяется в качестве напрягаемой ар-ры предварительно напряженных элементов.

Из волоченной проволочной стали изготавливают ар-ру основных видов: ар-рную проволоку и ар-рные проволочные изделия (сетки, каркасы).

Арматурную проволоку делят на обыкновенную (низкоуглеродистую), изготовленную из стали кл.В-I, и высокопрочную (углеродистую), изготовленную из стали кл.В-II.

 

Высокопрочная и обыкновенная проволочная арматурная сталь бывает гладкой и периодического профиля к букве "В" (волочёная) добавляют букву "р" (рифлёная), например Вр-II.

 

2.1. Химические свойства углеродистой стали.

Применяемая в строительстве углеродистая сталь характеризуется определёнными механическими и химическими свойствами.

Различают сталь углеродистую обыкновенного качества - ГОСТ 380-88 по степени раскисления: на кипящую (кп), полуспокойную (пс) и спокойную (сп).

И поставляется сталь по 3 группам: А- по механическим свойствам; Б- по химическому составу; В- по механическим свойствам и химическому составу.

По способу применения при армировании ж/бетонных элементов различают напрягаемую ар-ру, т.е. подвергаемую предварительному натяжению, и ненапрягаемую.

Горячекатаную и холоднотянутую ар-ру называют гибкой. Помимо неё в конструкциях в ряде случаев применяют жёсткую (несущую) ар-ру из прокатных или сварных двутавров, швеллеров, уголков и т.п.

Свойства арматуры зависят от химического состава, способа производства и её обработки. В состав ар-рной стали обычно входят углерод в количестве 0,2…0,8% и легирующие добавки.

Для изготовления ар-ры ж/бетонных конструкций применяют низкоуглеродистую, средне- и высокоуглеродистую сталь: низкоуглеродистая сталь содержит менее 0,25% углерода; среднеуглеродистая сталь содержит- 0,25…0,6%; высокоуглеродистая- 0,6…2%.

Увеличение количества углерода приводит к повышению прочности и твёрдости стали, но при этом она становиться более хрупкой и хуже сваривается.

В целях улучшения некоторого свойства стали в сплав доп. вводят так называемые легирующие добавки (например, хром, никель, вольфрам, молибден, ванадий), иногда 5…6 видов металла. Легированную сталь получают также увеличением содержания в сплаве кремния и марганца.

Марганец и хром повышают прочность без существенного снижения деформативности. Кремний, увеличивая прочность, но ухудшает свариваемость стали.

Легированная сталь обладает в одних случаях повышенной прочностью, в других - повышенной твёрдостью, коррозийной стойкостью.

По суммарному содержанию легирующих добавок сталь делят на 3 группы: низколегированная ар-рная сталь- до 5%; среднелегированная- 5…10%; высоколегированная- свыше 10%.

В стандартах и в написании марок стали приняты следующие обозначения металлов, добавляемых в сплав: Г- марганец; С- кремний; Т- титан; Ц- цирконий; М- молибден; Х- хром.

Содержание различных элементов в стали (её химический состав) определяется маркой стали, например в марке 25Г2С: первое число 25- обозначает содержание углерода в сотых долях процента (0,25%), буква Г- сталь легирована марганцем, цифра 2- его содержание в процентах, С- наличие в стали кремния.

Присутствие других химических элементов в стали, например, в марках 20ХГ2Ц, 23Х2Г2Т.

 

Отсутствие цифр в марке стали указывает, что среднее содержание в ней углерода составляет 0,35%, а марганца и кремния не более чем по 1%.

 

2.2. Свариваемость арматуры и усталостное разрушение.

Помимо прочностных характеристик учитывают и другие свойства арматурных сталей, таких как свариваемость, пластичность, усталостное разрушение и т.п.

Хорошо свариваются малоуглеродистые стали.

При содержании в ней углерода выше 0,5% свариваемость стали ухудшается.

Нельзя сваривать арматурные стали, прошедшие термическую обработку или вытяжку, т.к. при сварке утрачивается эффект её упрочнения.

С гарантией свариваемости поставляются стали марок ВСт2, ВСт3, кп, сп пс) и ВСт3Гпс.

Многократно повторяющаяся нагрузка вызывает в арматурной стали усталостные явления, которые приводят к понижению сопротивления и хрупкому разрушению арматуры.

Усталостная прочность (предел выносливости) стали зависит от числа повторений нагрузки и коэффициента асимметрии цикла нагрузок.

 

3. Классы стали с одинаковыми свойствами.

Все арматурные стали подразделяют на классы, объединяющие стали с одинаковыми прочностными и деформативными свойствами, при этом к одному классу могут относиться стали, отличающиеся по химическому составу, т.е. разных марок.

ВНИМАНИЕ! Стержневая горячекатаная арматура обозначается буквой "А" и римской цифрой (чем больше цифра, тем выше прочность):

  • ар-рная сталь горячекатаная - гладкая кл.А-I;
  • ар-рная сталь периодического профиля кл.А-II, А-III, А-IV, А-V, А-VI;
  • ар-рная сталь термически и термомеханически упрочнённая- периодического профиля кл.Ат-III, Ат-IV, Ат-V, Ат-VI, Ат-VII и механически упрочненная кл.А-IIIв.

Ар-ру для ж/бетонных конструкций классифицируют по следующим признакам.

1. По способу изготовления различают ар-ру:

  • горячекатаную стержневую ар-ру- d=6…40 мм, полученную способом проката;
  • проволочную ар-ру- d=3…8 мм, изготовляемую путём вытяжки в холодном состоянии.

2. По профилю поверхности различают ар-рные стали гладкие и периодического профиля.

 

Схема стержневой и проволочной арматуры периодического профиля показана на рис.3.

Стержневая и проволочная арматура периодического профиля.
Стержневая и проволочная арматура периодического профиля

1- стержневая ар-ра периодического профиля кл.А-II; 2- рёбра жёсткости наклонные; 3- стержневая ар-ра периодического профиля кл.А-III…А-IV; 4- рёбра жёсткости прямоугольные; 5- высокопрочная ар-рная проволока кл.Вр-II; 6- рёбра жёсткости проволоки.

Горячекатаная ар-рная сталь гладкого профиля имеет кл.А-I.

Класс горячекатаной арматурной стали периодического профиля может быть определен по рисунку поперечных выступов (рис.4 поз.2) на поверхности стержня и по окраске концов стержней.

Если стержни имеют на поверхности рёбра жёсткости, расположенные по винтовой линии (рис.3 поз.2) к оси стержня, это значит, что они изготовлены из стали кл.А-II.

У стержней из стали кл.А-III и А-IV рёбра жёсткости расположены под прямым углом (рис.3 поз.4) к оси стержня- "в ёлочку".

Ар-ра периодического профиля обладает лучшим сцеплением с бетоном и является основной арматурой.

Выступы являются концентраторами напряжений и снижают сопротивляемость арматуры периодического профиля циклическим воздействиям.

 

Схема маркировки класса арматуры периодического профиля показана на рис.4.

Маркировка класса арматуры периодического профиля.
Маркировка класса арматуры периодического профиля

1- стержневая арматура периодического профиля; 2- маркировочный прокатный знак класса арматуры.

Для установления классов сталей А-II…А-VIIС в 1989г. введена новая маркировка (рис.4), согласно которой класс арматурной стали обозначают числом поперечных рёбер между двумя выпуклыми метками, нанесенными на стержень при прокате.

Стержневая арматурная сталь:

а) горячекатаная- гладкая кл.А-I, периодического профиля кл.А-II и Ас-II, А-III, А-IV, А-V, А-VI;

б) термически и термомеханически упрочненная- периодического профиля кл/Ат-IIIС, Ат-IV, Ат-IVС, Ат-IVК, Ат-V, Ат-VК, Ат-VСК, Aт-VI, Ат-VIК и Ат-VII.

Проволочная арматурная сталь:

в) арматурная холоднотянутая проволока:

  • обыкновенная- периодического профиля кл.Вр-I;
  • высокопрочная- гладкая кл.B-II, периодического профиля кл.Вр-II;

г) арматурные канаты- спиральные семипроволочные кл.К-7, девятнадцатипроволочные кл.К-19.

Арматурная сталь изготавливается:

  • кл.A-I- из углеродистой стали марок Ст3, Ст3п и Ст3кп;
  • кл.A-II- d=40 мм - из углеродистой стали марки Ст5, а d=40…90 мм- из низколегированной стали марки 18Г2С;
  • кл.А-III, d=6…40 мм- из низколегированной стали марок 25Г2С и 35ГС;
  • кл.А-IV- из низколегированной стали марки 30ХГ2С.

 

 

4. Выбор стали для арматурных каркасов и закладных деталей.

Согласно СНиП 2.03.01-84 в ж/бетонных конструкциях ДОПУСКАЕТСЯ применение упрочненной вытяжкой на предприятиях строительной индустрии стержневой арматуры кл.А-IIIв (с контролем удлинений и напряжений или с контролем только удлинений).

В качестве ненапрягаемой ар-ры ж/бетонных конструкций следует применять:

  1. стержневую ар-ру кл.Ат-IVС- для продольной ар-ры;
  2. стержневую ар-ру кл.А-III и Ат-IIIС- для продольной и поперечной ар-ры;
  3. арматурную проволоку кл.Вр-I- для поперечной и продольной ар-ры;
  4. стержневую ар-ру кл.А-I, А-II и Ас-II- для поперечной ар-ры, а также для продольной ар-ры, если другие виды ненапрягаемой ар-ры не могут быть использованы;
  5. стержневую ар-ру кл.А-IV, Ат-IV и Ат-IVК- для продольной ар-ры в вязаных каркасах и сетках;
  6. стержневую ар-ру кл.А-V, Ат-V, Ат-VК, Ат-VСК, А-VI, Ат-VI, Ат-VIК, Ат-VII - для продольной сжатой ар-ры, а также для продольной сжатой и растянутой ар-ры при смешанном армировании конструкции (наличии в них напрягаемой и ненапрягаемой ар-ры) в вязаных каркасах и сетках.

В качестве ненапрягаемой ар-ры ж/бетонных конструкций ДОПУСКАЕТСЯ применять ар-ру кл.А-IIIв для продольной растянутой ар-ры в вязаных каркасах и сетках.

ДОПУСКАЕТСЯ использовать в сварных сетках и каркасах ар-ру кл.А-IIIв, Ат-IVК (из стали марок 10ГС2 и 08Г2С) и Ат-V (из стали марки 20ГС) при выполнении крестообразных соединений контактно-точечной сваркой.

 

Таблица 1. Рекомендации по применению арматуры в каркасах и сетках.

п /пВид ар-ры и ГОСТ, регла-мен-тиру-ющий её каче-ствоВид ар-рной ста-лиКласс ар-рыДиа-метр ар-ры, ммАр-ра приме-няется в следу-ющих случаях:
123456
1Стержневая горяче-катаная круглая и гладкая
 
ГОСТ 5781 -82* (на сорта-мент)
 
и ГОСТ 380-88 (на сталь)
Горячекатаная круглая ар-раA-I6…40Для употреб-ления в качестве ненапря-гаемой ар-ры в обычных ж/б конст-рукциях.
 
Для употре-бления в виде сварных каркасов и сеток в ненапря-гаемой ар-ре.
 
Для напря-гаемой ар-ры в основном при изгото-влении сварных ар-рных изделий, поэтому к этим сталям предъ-являют повы-шенные требо-вания в отно-шении сварива-емости контак-тной сваркой (сты-ковкой и точечной, дуговой, шовной, ванной и сваркой под флюсом).
 
2Стерж-невая горя-чекатаная перио-диче-ского профиля
 
ГОСТ 5781 -82* (на сорта-мент)
 
и ГОСТ 380 -88 (на сталь - в мот-ках),
 
ГОСТ 5058 (на сталь - в бух-тах)
Стержневая горячекатаная сталь периодического профиляA-II10…80Для употре-бления в качестве ненапря-гаемой ар-ры в обычных ж/б констру-кциях.
 
Для употреб-ления в виде сварных карка-сов и сеток в ненапря-гаемой ар-ре.
A-IIвГлавным образом для изгото-вления отдельных стержней напря-гаемой ар-ры в предвари-тельно напря-жённых ж/б констру-кциях.
 
При необхо-димости - для изгото-вления ненапря-гаемой ар-ры.
Ас-IIРекомен-дуется приме-нять в виде сварных каркасов и сеток.
3Стерж-невая термо-механи-ческая и терми-чески упроч-нённая сталь пери-одиче-ского профиля
 
ГОСТ 5781 -82* (на сорта-мент)
 
ГОСТ 10884 -81 (на сталь)
Стержневая термомеха-ническая и термически упрочнённая сталь периодического профиляA-III6…40Для напря-гаемой ар-ры в основном при изгото-влении сварных ар-рных изделий, поэтому к этим сталям предъ-являют повы-шенные требо-вания в отно-шении сварива-емости контак-тной сваркой (стыко-вкой и точе-чной, дуговой, шовной, ванной и сваркой под флюсом).
 
Рекомен-дуется приме-нять в виде сварных карка-сов и сеток.
A-IIIвГлав-ным образом для изгото-вления отдель-ных стер-жней напря-гаемой ар-ры в предва-рительно напря-жённых ж/б констру-кциях.
 
При необхо-димости - для изгото-вления ненапря-гаемой ар-ры.
Aт-III10…22Только для несва-рной напря-гаемой ар-ры в предва-рительно напря-жённых ж/б констру-кциях.
 
Для употре-бления в виде сварных каркасов и сеток в ненапря-гаемой ар-ре.
Ат-IIIСДля употре-бления в виде сварных каркасов и сеток в ненапря-гаемой ар-ре.
 
Рекомен-дуется приме-нять в виде сварных каркасов и сеток.
Ат-IVСРекомен-дуется применять в виде сварных каркасов и сеток.
4Обыкно-венная ар-рная прово-лока (холодно-тянутая, рифлёная, низкоугле-родистая)
 
по ГОСТ 6727 -80 (на сорта-мент)
 
и ГОСТ 380-88 (на сталь)
Обыкновенная ар-рная проволока холоднотянутая рифлёная низкоуглеро-дистаяВр-I3…5Рекомен-дуется применять в виде сварных каркасов и сеток.
5Высоко-прочная ар-рная проволока рифлёная в мотках (бухтах) Высокопрочная ар-рная проволока рифлёнаяBp-II3…8В качестве отдельных элементов несва-рной напря-гаемой ар-ры, а также как непре-рывную ар-ру предвари-тельно напря-жённых констру-кций.
6Обыкно-венная прово-лока гладкая (много-кратно волочёная, углеро-дистая) в мотках (бухтах) Обыкновенная проволока гладкая многократно волочёная углеродистаяB-I3…8Для изготовления сварной ненапрягаемой ар-ры.
В-II3…8Для изготовления сварной напря-гаемой ар-ры.
 
Применяют при изгото-влении ар-рных сеток и карка-сов контак-тной точечной сваркой.
 
Допу-скают исполь-зование при изгото-влении вязаных каркасов балок высотой не более 400 мм и колонн.

В конструкциях с ненапрягаемой ар-рой, находящихся под давлением газов, жидкостей и сыпучих тел, следует применять стержневую ар-ру кл.А-II, А-I, А-III и Ат-IIIС и ар-рную проволоку кл.Вр-I.

Таблица 2. Сортамент стержней и проволочной арматуры.

Диа-метр, ммПло-щадь по-пе-реч-но-го се-че-ния, см²Мас-са 1 м, кгАр-ма-ту-ра по клас-сам
стержневаяпрово ло-чная (ГОСТ 7348 -63*)
А- IA- IIA- IIIA- IVA- VA- VIВр- IВ- IIВр- II
30,0710,0555------+++
40,1260,0987------+++
50,1960,154------+++
60,2830,222+-+----++
70,3850,302-------++
80,5030,395+-+----++
100,7800,617++++++---
121,1310,888++++++---
141,5391,208++++++---
162,0111,578++++++---
182,5451,998++++++---
203,1422,466-+++++---
223,8012,984++++++---
254,9093,84-+++++---
286,1584,83-+++++---
328,0426,31-+++++---
3610,187,99--+------
4012,569,805--+------
Примечание: Знаком "+" отмечены прокатываемые диаметры.

 

Таблица 3. Сортамент стали периодического профиля ГОСТ 5781-75.

Рас-чёт-ная мас-са 1 м по-гон-ной дли-ны
Но-мер се-че-ния (рас-чёт-ный диа-метр), ммДиа-метр по на-руж-ной по-ве-рхно-сти вы-сту-пов, ммРас-чёт-ная пло-щадь се-че-ния, см2Мас-са, кгНо-мер се-че-ния (рас-чёт-ный диа-метр), ммДиа-метр по наруж-ной по-верх-но-сти выс-ту-пов, ммРас-чёт-ная пло-щадь се-че-ния, см2Мас-са, кг
1011,30,780,623639,510,187,99
1213,51,130,894040,512,579,87
1415,51,541,214549,015,9012,48
1618,02,011,585054,019,6315,41
1820,02,542,05559,023,7618,65
2022,03,142,476064,028,2722,19
2224,03,82,987074,038,4830,21
2527,04,913,858083,550,2739,46
2830,56,164,839093,563,6249,94
3234,58,046,31----
Примечание: Номера сечений (расчётные диаметры) соответствуют диаметрам равновеликих по площади поперечного сечения круглых стержней.

 

Таблица 3. Сортамент стержневой арматуры (кругляка).

Диа-метр, ммПло-щадь попе-реч-ного сече-ния, см2Масса, кгДиа-метр, ммПлощадь попе-речного сечения, см2Масса, кг
4012,569,816028,2722,19
4213,8710,886331,1724,47
4515,912,486533,1826,05
4818,0814,207038,4830,21
5019,6315,427544,1734,68
5221,2216,678050,2739,46
5523,7618,658556,7444,54
5826,4220,749063,6249,94
4012,579,869570,8855,64
4213,8710,8810078,5461,65

Ссылки на СНиП и ГОСТ

Выбор проката для закладных деталей и электродов для их сварных соединений следует производить как для стальных сварных конструкций в соответствии с требованиями СНиП II-23-81*.

Выбор проката для монтажных (подъёмных) петель элементов сборных железобетонных и бетонных конструкций следует производить в соответствии с требованиями ТУ 14-2-736-87.

Характеристики сварных сеток из стержневой арматуры приведены в ГОСТ 23279—85.