Perché utilizziamo più barre di rinforzo anziché una barra con un grande diametro in cemento armato?

Perché utilizziamo più barre di rinforzo anziché una con un grande diametro in cemento armato?

Aumentare il numero di barre di rinforzo significa che il cemento armato avrà una maggiore resistenza alla trazione?

Ci sono alcuni motivi

In primo luogo suppongo che stai parlando di sostituire un gruppo di piccole armature con una singola di dimensioni ragionevoli: cioè invece di (7,54 cm ² ), usando (8,04 cm ² ).1 ϕ $15\phi8$$1\phi32$

Uno dei motivi è migliorare la facilità di costruzione. Le travi di cemento armato hanno anche un rinforzo trasversale, ed è molto comune posizionare barre di rinforzo ai quattro angoli del rinforzo trasversale per legare tutto insieme in una gabbia autoportante (ciò inibisce anche lo schiacciamento del calcestruzzo agli angoli del rinforzo trasversale). Ma questo significa solo che dovresti posizionare un limite inferiore di 2 barre in ogni faccia (superiore e inferiore). Ma perché non adottare (8.04 cm ² ) anziché ?$4\phi16$$15\phi8$

Le armature multiple multiple migliorano il comportamento dell'interfaccia cemento-acciaio. La superficie totale per trasmettere le forze di trazione dall'acciaio al calcestruzzo agli ancoraggi è maggiore, riducendo lo sforzo di trazione e quindi accorciando le lunghezze delle giunzioni di ancoraggio e di giro. Ciò riduce anche le crepe che si svilupperanno nel calcestruzzo.

Infine, di solito si può anche essere più efficienti con un'armatura più piccola: se ciò di cui si ha effettivamente bisogno è 7,5 cm ² , saranno necessari (7,54 cm ² ), (7,85 cm ² ), (8,59 cm ² ), (8,04 cm ² ), (9,42 cm ² ), (9,82 cm ² ) o (8,04 cm ² ). offre l'uso più efficiente dell'acciaio, aggiungendo il minimo possibile. Ovviamente, tuttavia, non è sempre così. Lo è spesso.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$

Ora suppongo che stai parlando di usare una barra d'acciaio incredibilmente grande: cioè invece di (68,2 cm ² ), usando . Alcuni dei punti sollevati qui sono ancora validi anche se stai parlando di essere ragionevole, ma il loro significato è ridotto.1 ϕ $20\phi20$$1\phi94$

Uno dei motivi è il costo. Questo concetto implica la realizzazione di un'armatura di diametro personalizzato per ogni trave (altrimenti, tutto ciò che stai dicendo è che l'armatura attuale è troppo piccola), il che impedirebbe l'uso della scala per ridurre i costi. Una fabbrica può ridurre il costo unitario di una barra realizzandone milioni. Se ogni trave in ogni cantiere richiede un diametro personalizzato, tali risparmi non sono possibili.$\phi10$

Inoltre, una sola armatura peserebbe quasi 54 kg / m, il che significa che sarebbe necessario utilizzare una gru per metterla in posizione, mentre può essere facilmente posizionato a mano da un singolo lavoratore, uno alla volta.20 ϕ $\phi94$$20\phi20$

Inoltre, alle estremità della trave sarà probabilmente necessario piegare l'acciaio. Maggiore è il diametro dell'armatura, maggiore è il suo raggio di curvatura.

E poi c'è questo:

Poiché il baricentro del tuo acciaio sarà più lontano dalla faccia del calcestruzzo, sarà anche meno efficiente: avrai bisogno di più acciaio per ottenere la stessa resistenza. Questo vale anche per la prima parte di questa risposta, in cui si parlava di dimensioni ragionevoli, ma la differenza è ovviamente molto più ridotta.

Ma allora perché non usare una lamiera d'acciaio, anziché una grande armatura circolare? Inferno, dal momento che non avrebbe più gli spazi tra l'armatura, potresti scegliere un foglio che è più sottile dei diametri dell'armatura multipla e che è quindi anche più efficiente! Ma poi la tua superficie verrebbe ridotta, aumentando le sollecitazioni di trasferimento e quindi le lunghezze di giunzione di ancoraggio e giro. Inoltre, un foglio è un elemento bidimensionale, quindi potrebbero esserci altri comportamenti trasversali che potrebbero causare problemi. Inoltre, come verseresti il ​​calcestruzzo per la faccia inferiore della trave?

Alla fine della giornata, la migliore regola empirica (o, beh, quella che cerco di usare) è fare del tuo meglio per adattare tutto nel minor numero di strati di armatura possibile, ma riempiendoli il più possibile ( lasciando comunque spazio confortevole per le colate di cemento adeguate, compreso lo spazio necessario per il vibratore). L'unica eccezione è l'ultimo strato (il più lontano dalla relativa faccia del raggio), che può essere lasciato più vuoto (ma preferibilmente con un numero di barre che gli consente di seguire un modello simmetrico dei livelli precedenti). Bene, equilibralo con l'essere efficiente con l'acciaio: se questo richiede l'uso di tondini di grandi dimensioni e si traduce in un'area di acciaio adottata molto più grande di se fosse aggiunto un altro strato con tondini più piccoli, allora forse un altro strato è il migliore.

Lo scopo principale del tondo per cemento armato è migliorare la resistenza alla trazione del calcestruzzo e in pratica la maggior parte di questi carichi proviene dalla flessione piuttosto che dalla pura tensione.

Quando una trave soggetta a forze di flessione la maggior sollecitazione è ai bordi e alle facce della trave, quindi avere una sola barra che corre lungo il centro non farebbe molto perché questa parte della struttura vede un carico molto ridotto fino a quando non inizia a fallire.

Avere un'armatura di diametro inferiore distribuito in tutta la struttura distribuisce anche il carico dal calcestruzzo all'acciaio in modo più efficace in quanto vi è una maggiore area di contatto per l'adesione tra i due.

In pratica, la dimensione e il posizionamento dell'armatura in acciaio saranno determinati dal carico previsto sulla struttura ed è un compromesso tra resistenza, peso, costo e praticità di assemblaggio delle strutture in acciaio durante la costruzione.

Da un punto di vista puramente concettuale, una grande barra della stessa area di più barre più piccole fornisce la stessa capacità di momento per una trave di cemento. Ciò presuppone che il centro delle barre sia tutto alla stessa profondità.

La distribuzione delle barre (più barre più piccole) aiuta a limitare le crepe diffondendo la forza di tensione attraverso una maggiore larghezza di calcestruzzo.

Molteplici barre più piccole aiutano anche quando si guarda all'interazione dell'interfaccia del cemento e all'acciaio di rinforzo. Una singola barra grande ha una superficie inferiore rispetto a più barre più piccole. Ciò significa che per un dato carico, lo stress tra la superficie della barra e il calcestruzzo è maggiore nel caso della barra singola. Ciò ha applicazioni per la lunghezza di sviluppo del rinforzo.

Oltre alla risposta di Wasabi - che è eccezionale - le barre di grande diametro hanno bisogno di una lunghezza di sviluppo folle e di un giro .

Una stima empirica per lo sviluppo e la lunghezza del giro è di 40 diametri. Per barre da 20 mm che sono 80 cm grandi ma ragionevoli, ma diventano 128 cm per barre da 32 mm e 2 metri per barre da 50 mm.

Il problema della lunghezza del giro può essere evitato utilizzando connettori meccanici, ma una lunghezza di sviluppo di 2 metri sprecerebbe molto acciaio e richiederebbe un ampio spazio, molto spesso non disponibile.

Il calcestruzzo e l'acciaio si comportano in modo drasticamente diverso: si presume che il calcestruzzo non sia in grado di sopportare alcuna sollecitazione di trazione non appena compaiono le prime crepe mentre l'acciaio è il materiale ideale per la tensione di trazione. In modo ottimale sarebbe l'ideale avere sottili sottili fili di acciaio rispetto a pochi grandi, un po 'simili a come la vetroresina funziona in modo omogeneo.
Specialmente perché sappiamo che i nostri presupposti di progettazione sono altamente semplificati per rendere pratico il lavoro di ingegneria. Cose come il clima e l'esposizione al sole deferente, l'umidità, la permeazione di agenti corrosivi attraverso le crepe in un membro, influiscono tutti sul comportamento di un membro. Inoltre, come menzionato sopra, l'area e la superficie di contatto della barra d'acciaio sono correlate in un rapporto di svantaggio della potenza di due per l'area della barra che trasferisce la tensione attraverso l'attrito della pelle al calcestruzzo.
D'altra parte, dovrebbero essere consentiti requisiti pratici durante il corso della costruzione, quali barre non facilmente deformabili sotto il traffico pedonale dei lavoratori o dello spazio di alloggio per consentire il passaggio di tubi o condotti transitori. cioè dove entrano in gioco codici di ingegneria per creare un piano di gioco uniforme e prevedibile. così l'ingegnere meccanico o il progettista hardware sanno cosa specificano o si aspettano che funzionino.

il piccolo diametro del baricentro della barra è vicino alla superficie del calcestruzzo. un diametro maggiore del baricentro della barra è lontano dalla superficie del calcestruzzo. piccolo diametro della barra facile da maneggiare quindi il diametro maggiore della barra. Maggiore è il diametro dell'armatura, maggiore è il suo raggio di curvatura.

Penso che 4 bar D1 saranno meglio di 1 bar D2 (stessa area di trazione, ma più superficie di legame).

Inoltre, le barre più grandi sono più fragili mentre le barre più piccole hanno una resa superficiale dominante (più elastica e plastica che fragile). Aggiunge sicurezza in caso di guasto.