Прочность бетона зависит от качества цемента, заполнителей, состава бетона, водоцементного отношения, способа приготовления и уплотнения, возраста и условий его твердения.

Марку бетона выбирают в каждом конкретном случае, исходя из технико-экономических соображений, в зависимости от назначения железобетонной детали, условий ее работы, способа изготовления, транспортировки и монтажа. В табл. 1 приведены проектные марки бетона по прочности на сжатие и соответствующие им нормативные сопротивления бетона на осевое сжатие (призменная прочность), растяжение и сжатие при изгибе. Прочность бетона при скалывании в 1,5-2 раза выше прочности бетона при растяжении. Предельная сжимаемость бетона eg = =0,002 (2 мм/пог. м). Предельная растяжимость бетона гр = = 0,00015(0,15 мм/пог. м). Коэффициент линейного расширения бетона принимают а = ЫО"*. Между деформациями и напряжениями в бетоне имеет место нелинейная зависимость (рис. 6). Модуль упругости бетона - величина переменная, зависящая от величины напряжений и других факторов.

Начальный модуль упругости бетона Eg соответствует лишь мгновенному загружению образца, при котором имеют место только упругие деформации. Величины модулей упругости различных марок бетона при сжатии и растяжении приведены в табл. 2. Модуль сдвига бетона Gg = 0,43£б, где Eg - начальный модуль упругости бетона при сжатии. Деформации ползучести и усадки в бетоне зависят от водоцементного отношения, возраста бетона, влажности окружающей среды и других факторов [36, 32, 21 ]. Бетон, как и другие материалы, при переменных

Таблица 2

Начальные модули упругости бетона при сжатии и растяжении Eg в (кГ/см)

Рис. 6. График зависимости между деформациями и напряжениями

нагрузках имеет более низкую прочность, чём при однократном приложении нагрузки, постоянной по величине.

Выносливость бетона зависит в основном от пределов изменения нагрузки.

Проф. Берг О. Я- отмечает, что предел выносливости при сжатии и растяжении неармированного бетона и изгибе бетонных балок за полный асимметричный цикл нагрузки в среднем составляет 50-55% соответствующего предела прочности бетона при статическом нагружении до разрушения. На предел выносливости бетона влияют сроки и условия его хранения. Предел выносливости с ростом возраста бетона увеличивается, а с ухудшением условий хранения снижается [2,25].

Арматура в виде стальных стержней, пучков, сеток или каркасов применяется для армирования бетона и располагается главным образом в тех частях конструкции, которые подвержены растягивающим усилиям.

Стали для армирования железобетонных конструкций должны удовлетворять основным техническим требованиям, регламентированным нормамишроектирования.

В зависимости от основной технологии изготовления арматурная сталь разделяется на две основные группы: горячекатаную стержневую и холоднотянутую проволочную, а в зависимости от профиля - на гладкую и периодическую.

Механические характеристики основных видов арматурных сталей, применяемых в деталях машин из обычного и предварительно напряженного железобетона, приведены в «Строительных нормах и правилах» (СН и П) [40].

Чугун (ГОСТ 1412-54) широко применяют для изготовления литых закладных частей железобетонных деталей машин. Области его применения приведены в табл. 3.

Для отливок закладных частей можно применять также высокопрочный чугун с шаровидным графитом (ГОСТ 7293-54).

Сталь, применяемая в закладных частях железобетонных деталей машин, должна обладать хорошей свариваемостью, так как большинство соединений деталей этих машин осуществляется сваркой.

При выборе марки стали для закладных частей необходимо руководствоваться следующим: при возможности шире применять углеродистую сталь обыкновенного качества Ст. 3 и углеродистые конструкционные 15,35 и 45; в сварных конструкциях следует применять углеродистые стали марок Ст. 3, Ст. 5, Ст. 6, 15, 35, 45, 60 Г; в литых конструкциях - применять стали марок: 25Л, 35Л, 40Л, 40ГЛ, 45Л, 45ГЛ, 55Л.

Металлопрокат тоже широко применяют для изготовления закладных частей. Например, прокатная угловая равнобокая сталь (ГОСТ 8509-57) и неравнобокая (ГОСТ 8510-57), горячекатаные трубы диаметром 60-120 мм (ГОСТ 8732-56) из мате-12

Область применения наиболее распространенных марок серого чугуна

Таблица 3

Марка чугуна

Требования к закладным частям

Изготовляемые закладные части

СЧ 32-52

СЧ 21-40

СЧ 18-36

СЧ 15-32

СЧ 12-28

Условные напряжения изгиба до 500 кГ/см

Условные удельные давления между трущимися поверхностями >20 кГ/см

Условные напряжения изгиба до 300 кГ/см

Условные удельные давления между трущимися поверхностями ;>5 кПсм

Средняя прочность и хорошая обрабатываемость

Условные напряжения изгиба до 100 кПсм

Удельные давления между трущимися поверхностями <5 кПсм?

Слабонагруженные детали

Закладные части прессов

Направляющие револьверных автоматических, токарных и других интенсивно нагруженных станков

Направляющие, плиты долбежных, строгальных и расточных станков

Направляющие металлорежущих станков

Плиты, платики станин станков, рам рольгангов, опорных плит

Закладные части сложной формы, тонкостенные отливки с большими габаритными размерами

Закладные части стендовых и других плит

Платики небольших размеров большинства железобетонных деталей машин

риала Ст. 3 и Ст. 10, тонколистовая (ГОСТ 3680-57), толстолистовая (ГОСТ 5681-57) сталь и др.

Железобетон представляет собой конструктивное сочетание двух материалов: бетона и стали, которые работают совместно. Это обеспечивается сцеплением бетона с арматурой и конструктивным зацеплением арматуры в бетоне. Физико-механические свойства железобетона зависят от свойств составляющих материалов, но не аналогичны им. Усадка железобетона примерно вдвое меньше, чем усадка бетона.

Для тяжелого железобетона коэффициент укорочения от усадки Ey a = 0,00015. Применяя безусадочный и расширяющийся цемент для изготовления железобетонных деталей, можно исключить деформации усадки в бетоне.

При длительном действии нагрузки в железобетоне развиваются деформации ползучести, являющиеся следствием ползучести бетона. Однако свободным деформациям ползучести бетона препятствует стальная арматура.

Подробные сведения о ползучести железобетона изложены в специальной литературе [21, 28, 36].

при продолжительном воздействии на железобетон высоких температур в нем возникают значительные внутренние напряжения из-за различия коэффициентов линейного расширения цементного камня, заполнителя и стальной арматуры.

При температуре до 373,15° К (100° С) деформации и дополнительные напряжения в железобетонных деталях невелики и не Приводят к снижению их прочности. Некоторое снижение прочности бетона наблюдается в интервале температур от 473,15° К (200° С) до 573,15° К (300° С). Нагревание бетона до 673,15° К (400° С) вызывает снижение его прочности в 2 раза, а до 773,15° К (500° С) до 3 раз.

Железобетонные детали машин, подвергающиеся в процессе эксплуатации постоянному воздействию повышенных температур, должны быть изготовлены из жаростойких бетонов или иметь специальную защиту в виде изоляции {21, 38, 39].

Для получения жаростойкого бетона применяют заполнители, имеющие достаточную степень жаростойкости и малый коэффициент температурного расширения. В качестве вяжущих применяют глиноземистый цемент, портландцемент и жидкое стекло.

Данные по техническим требованиям к основным свойствам жаростойких бетонов приведены в табл. 1 приложения [39]. (стр. 196).

Для Предотвращения коррозии бетона и арматуры предусматриваются соответствующие мероприятия, учитывая степень агрессивности сред. Одним из основных мероприятий по повышению коррозионной стойкости бетона является повышение его ПЛОТНОСТИ. Большое значение имеет выбор вида цемента и подбор состава бетона с учетом агрессивности среды. Для защиты арматуры от коррозии необходимо, чтобы толщина защитного слоя бетона у арматуры была не менее предусмотренной нормами [37]. Бетон в защитном слое должен быть плотным, без раковин и других дефектов, повышающих степень его проницаемости. От среды большой агрессивности поверхности железобетонных деталей необходимо защищать покрытиями.

Обычные строительные железобетонные конструкции нормально работают при наличии трещин в растянутой зоне. В железобетонных деталях машин трещины недопустимы. Если этого достичь не удается в обычном железобетоне, применяют предварительно напряженный железобетон. Детали из него проектируются, как Правило, так, чтобы при эксплуатационных нагрузках они работали без трещин в растянутой зоне или чтобы растягивающие напряжения в бетоне не появлялись.

В машиностроении из обычного железобетона изготавливают базовые детали станин металлорежущих станков, подмоторные плиты, а из Предварительно напряженного - станины прессов, клетей Прокатных станов и другие базовые детали. 14

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ РАСЧЕТА

На железобетонные базовые детали машин в общем случае действуют статические и динамические нагрузки: вес узлов машин и обрабатываемых деталей; составляющие силы резания, усилия Прокатки, штамповки и ковки; крутящие моменты двигателей; инерционные силы от поступательного движения и вращения масс и Т. П.

По возможным схемам расчета базовые железобетонные детали можно разделить на следующие группы: брусья (станины, стойки); рамы (портальные станины, рамы транспортных машин, фундаментные рамы); пластины (плиты, планшайбы, столы); штампы (шаботы молотов) и прочие (цилиндры, плунжеры, толстые плиты и Т. П.).

Под воздействием нагрузок железобетонные детали могут находиться в сложном напряженном состоянии, составляющем комбинацию основных его видов (внецентренное растяжение и сжатие, изгиб, кручение).

Статический расчет (определение внутренних усилий) железобетонных деталей производится методами строительной механики стержневых систем. Однако использование железобетона для изготовления деталей машин в ряде случаев вызывает появление новых конструктивных решений и форм элементов, для которых пока не разработаны методы статического расчета. Для массивных элементов в ряде случаев на смену методам строительной механики стержневых систем приходят методы теории упругости. Ведутся теоретические исследования работы массивных элементов и разработаны Практические методы расчета цилиндрических архитравов, массивных железобетонных рам, составленных из прямоугольных элементов, и других деталей [28].

Базовые несущие системы машин должны обеспечивать и сохранять в течение длительного срока службы правильное расположение и возможность точных перемещений узлов, инструмента и изделий. В ряде машин и станков не только остаточные, а даже небольшие упругие деформации деталей могут привести к неправильной работе системы. Поэтому основным критерием работоспособности базовых деталей является их жесткость, которая определяется собственными деформациями несущих систем и местными деформациями в сопряжениях [16].

В связи с этим основными Требованиями, предъявляемыми к железобетону при его применении в конструкциях большинства машин, является: обеспечение неизменяемости во времени первоначальных геометрических размеров элементов машин и повышение их жесткости при распределенных и местных нагрузках.

Вазовые детали в машинах являются наиболее сложными и Трудоемкими. Поломка корпусной детали надолго выводит всю машину из строя, поэтому размеры их сечений должны удовлетво-