Железобетон. 1. Сущность железобетона. История развития. Области применения
 Скачать 1.61 Mb.
|
|
17. Конструктивные особенности растянутых элементов. В условиях центрального (осевого) растяжения находятся затяжки арок, нижние пояса и нисходящие раскосы ферм, стенки круглых в плане резервуаров для жидкостей и т.д. Центрально-растянутые элементы проектируют, как правило, предварительно напряженными, что существенно повышает сопротивление образованию трещин в бетоне. Основные принципы конструирования железобетонных элементов, относятся также и к центрально-растянутым элементам. Стержневую рабочую арматуру, применяемую без предварительного напряжения, соединяют по длине обычно сваркой, стыки внахлестку без сварки допускаются только в плитных и стеновых конструкциях. Растянутая предварительно напрягаемая арматура (стержни, проволочные пучки, арматурные канаты) в линейных элементах (затяжки арок, нижние пояса ферм) не должна иметь стыков. В поперечном сечении элемента предварительно напрягаемую арматуру размещают симметрично с тем, чтобы при передаче обжимающего усилия по возможности избежать внецентренного обжатия элемента. При натяжении на бетон предварительно напряженная арматура, размещаемая в специально предусматриваемых каналах, в процессе обжатия не работает в составе поперечного сечения элемента. В этом случае целесообразно снабжать предварительно напряженный элемент небольшим количеством ненапрягаемой арматуры. Ее располагают ближе к наружным поверхностям, чтобы она давала больший эффект в усилении элемента против возможных внецентренных воздействий в процессе обжатия. В условиях внецентренного растяжения находятся стенки резервуаров (бункеров), прямоугольных в плане, испытывающие внутреннее давление от содержимого, нижние пояса безраскосных ферм и т.д. Такие элементы одновременно растягиваются продольной силой N и изгибаются моментом М, что равносильно внецентренному растяжению усилием N с эксцентриситетом e o =M/N относительно продольной оси элемента. Различают положение, когда внешняя продольная растягивающая сила N приложена между равнодействующими усилий в арматуре S и S' (ближе к усилению N и далее от него), и положение, когда сила приложена за пределами расстояния между равнодействующими усилий в арматуре S и S'. Внецентренно растянутые элементы армируют продольными и поперечными стержнями аналогично армированию изгибаемых элементов, а при положении N в пределах сечения — аналогично армированию центрально-растянутых элементов. Внецентренно растянутые элементы, как и центрально-растянутые, обычно подвергают предварительному напряжению, что значительно повышает их трещиностойкость. Во внецентренно растянутых элементах содержание продольной арматуры μ≥0,05 %; это относится к арматуре S, а при положении N в пределах сечения — и к арматуре S и S'. Конструкция стыков сборных растянутых элементов, через которые передаются растягивающие усилия, предусматривает сварку выпусков арматуры или стальных закладных деталей, а также арматурных изделий, перекрытие стыка арматурой (пучки, канаты, стержни), размещаемой в каналах или пазах и натягиваемой на бетон. 18. Расчѐт прочности центрально растянутых железобетонных элементов. Разрушение центрально-растянутых элементов происходит после того, как в бетоне образуются сквозные трещины и он в этих местах выключается из работы, а в арматуре напряжения достигают предела текучести (если сталь имеет площадку текучести) или временного сопротивления. Несущая способность центрально-растянутого элемента обусловлена предельным сопротивлением арматуры без участия бетона. В соответствии с этим прочность центрально- растянутых элементов, в общем случае имеющих в составе сечения предварительно напрягаемую и неяапрягаемую арматуру с площадями сечения соответственно рассчитывают по условию (5.1) где — коэффициент, учитывающий условия работы высокопрочной арматуры при напряжениях выше условного предела текучести, применяемый равным η. Если применяется ненапрягаемая арматура с условным пределом текучести, то вместо вводится расчетное напряжение σ sd В элементах с напрягаемой арматурой без анкеров необходимо проверять прочность сечений элемента в пределах длины зоны передачи напряжений. Расчетное сопротивление арматуры здесь принимают сниженным, определяя его умножением R s на коэффициент где — расстояние, от начала зоны передачи напряжений до рассматриваемого сечения арматуры в пределах этой зоны; — полная длина зоны передачи напряжений. 19. Расчѐт прочности внецентренно растянутых железобетонных элементов. Предельное состояние по несущей способности элементов любого симметричного сечения, внецентренно растянутых в плоскости симметрии, когда продольная сила N приложена между усилиями в арматуре характеризуется тем, что бетон в элементах пересечен сквозными поперечными трещинами. Поэтому в нормальных сечениях, совпадающих с трещинами, внешнему усилию сопротивляется лишь продольная арматура. Разрушение элемента наступает, когда напряжения в продольной арматуре достигают предельного значения. Несущую способность проверяют по условиям: (5.2) (5.3) Если продольная сила N находится за пределами расстояния между равнодействующими усилий в арматуре , предельное состояние по несущей способности внецентренно растянутых элементов сходно с предельным состоянием изгибаемых элементов. Часть сечения у грани, более удаленной от силы N, сжата, противоположная—растянута. Вследствие образования трещин в бетоне растянутой зоны сечения растягивающие усилия в трещинах воспринимаются только арматурой. Несущая способность элемента обусловлена предельным сопротивлением растяжению арматуры растянутой зоны, а также предельным сопротивлением сжатию бетона и арматуры сжатой зоны; при этом, если в сжатой зоне находится предварительно напрягаемая арматура, напряжения в ней принимают равным σ sc Несущую способность проверяют по условию (5.4) В уравнении (5.4) площадь сжатой зоны определяют по выражению (5.5) При расчете должно соблюдаться условие В противном случае принимают в формуле (5.4) В элементах прямоугольного профиля для проверки несущей способности формулу (5.4) преобразуют следующим образом: (5.6) Формула (5.6) справедлива, если Для определения высоты сжатой зоны может быть использовано уравнение (5.5): (5.7) Для определения площади сечения арматуры и при формулы (5.5) и (5.6) преобразуют следующим образом: (5.8) (5.9) Здесь — коэффициенты из табл. Если при этом значение по расчету получается отрицательным или меньше минимально допустимого, то сечение назначают по минимальному содержанию арматуры В этом случае, а также когда сечение арматуры задано заранее по иным соображениям, сначала следует вычислить (5.10) а затем по этому значению из табл. найти и определить (5.11) 20. Расчѐт железобетонных элементов по второй группе предельных состояний. Три категории требований к трещиностойкости ж.б. элементов. Требования по ограничению перемещений. Трещиностойкостью железобетонной конструкции называют ее сопротивление образованию трещин в стадии I напряженно-деформированного состояния или сопротивление раскрытию трещин в стадии II напряженно-деформированного состояния. К трещиностойкости железобетонной конструкции или ее частей при расчете предъявляют различные требования в зависимости от вида применяемой арматуры, эти требования относятся к появлению и раскрытию нормальных и наклонных к продольной оси элемента трещин и подразделяются на три категории: первая категория - не допускается образование трещин; вторая категория - допускается ограниченное по ширине непродолжительное раскрытие трещин при условии их последующего надежного закрытия (зажатия); третья категория - допускается ограниченное по ширине непродолжительное и продолжительное раскрытие трещин. Непродолжительным считается раскрытие трещин при действии постоянных, длительных и кратковременных нагрузок; продолжительным — раскрытие трещин при действии только постоянных и длительных нагрузок Предельная ширина раскрытия трещин (а crc1 - непродолжительная и а crc2 - продолжительная), при которой обеспечиваются нормальная эксплуатация зданий коррозионная стойкость арматуры и долговечность конструкции, в зависимости от категории требований по трещиностойкости не должна превышать 0,05...0,4 мм. Предварительно напряженные элементы, находящиеся под давлением жидкости или газов (резервуары напорные трубы и т.п.) при полностью растянутом сечении со стержневой или проволочной арматурой а также при частично сжатом сечении с проволочной арматурой диаметром 3 мм и менее должны отвечать требованиям первой категории. Другие предварительно напряженные элементы в зависимости от условий работы конструкции и вида арматуры должны отвечать требованиям ВТОРОЙ или третьей категории. Конструкции без предварительного напряжения армированные стержневой арматурой классов A-I, А-11, А-Ш, Ат-ШС, должны отвечать требоованиям третьей категории. Этим требованиям по трещиностойкости элементы должны удовлетворять и при расчете на усилия возникающие при транспортировании и монтаже. Порядок учета нагрузок при расчете на трещиностойкость зависит от категории требований Трещины, если они возникают при изготовлении, транспортировании и монтаже в зоне, которая впоследствии под нагрузкой будет сжатой, приводят к снижению усилий образования трещин в растянутой при эксплуатации зоне, увеличению ширины их раскрытия и увеличению прогибов. Влияние этих трещин учитывают в расчетах конструкций. Для элементов, работающих в условиях действия многократно повторяющихся нагрузок и рассчитываемых на выносливость, образование таких трещин не допускается. Предельные состояния второй группы. Расчет по образованию трещин, нормальных и наклонных к продольной оси элемента, выполняют для проверки трещиностойкости элементов, к которым предъявляют требования первой категории, а также чтобы установить, появляются ли трещины в элементах, к трещиностойкости которых предъявляют требования второй и третьей категории. Считается, что трещины, нормальные к продольной оси, не появляются, если усилие (изгибающий момент или продольная сила) от действия нагрузок не будет превосходить усилия которое может быть воспринято сечением элемента (2.19) Считается, что трещины, наклонные к продольной оси элемента, не появляются, если главные растягивающие напряжения в бетоне не превосходят расчетных значений. Расчет по раскрытию трещин, нормальных и наклонных к продольной оси, заключается в определении ширины раскрытия трещин на уровне растянутой арматуры и сравнения ее с предельной шириной раскрытия (2.20) Расчет по перемещениям заключается в определении прогиба элемента от нагрузок с учетом длительности их действия и сравнении его с предельным прогибом при (2.21) Предельные прогибы устанавливаются различными требованиями: технологическими, обусловленными нормальной работой кранов, технологических установок, машин и т. п.; конструктивными, обусловленными влиянием соседних элементов, ограничивающих деформации; физиологическими; эстетико- психологическими; необходимостью выдерживать заданные уклоны и т.п. Предельные прогибы предварительно напряженных элементов, устанавливаемые эстетико-психологическими требованиями, могут быть увеличены на высоту выгиба (строительного подъема), если это не ограничено технологическими или конструктивными требованиями. Существует следующий порядок учета нагрузок в рачете прогибов: при ограничении технологическими или конструктивными требованиями - расчет ведут на действие постоянных, длительных и кратковременных нагрузок; при ограничении эстетическими требованиями - на действие постоянных и длительных нагрузок. Предельные прогибы консолей, отнесенные к вылету консоли, принимаются вдвое большими. Нормами также устанавливаются предельные прогибы по физиологическим требованиям. Кроме того, должен выполняться дополнительный расчет по зыбкости для не связанных с соседними элементами железобетонных плит перекрытий, лестничных маршей, площадок и т.п.: добавочный прогиб от кратковременно действующей сосредоточенной нагрузки 1000 Н при наиболее невыгодной схеме ее приложения не должен превышать 0,7 мм. 21. Расчѐт железобетонных элементов по образованию трещин, нормальных к продольной оси элемента. Этот расчет заключается в проверке условия, что трещины в сечениях, нормальных к продольной оси элемента, не образуются, если момент внешних сил М не превосходит момента внутренних усилий в сечении перед образованием трещин , т. е. (7.3) Момент внешних сил при изгибе имеет значение М, а момент внешних сил при внецентренном сжатии и при внецентренном растяжении, если образуется сжатая зона, (7.4) где - расстояние от внешней продольной силы N до той же оси, относительно которой берется момент внутренних усилий. Определение по способу ядровых моментов Нормы рекомендуют определять приближенно по способу ядровых моментов. Задачу для напряженно-деформированного состояния сечения в стадии 1 перед образованием трещин от совместного действия внешней нагрузки и усилия обжатия приближенно решают как линейную задачу внецентренного сжатия, применяя принцип независимого действия сил. Момент образования трещин (7.29) (7.30) где — момент усилия обжатия Р относительно оси, проходящей через условную ядровую точку, наиболее удаленную от растянутой зоны; — упругопластический момент сопротивления железобетонного сечения по растянутой зоне в предположении, что продольная сила отсутствует; — эксцентриситет усилия обжатия относительно центра тяжести приведенного сечения; — расстояние от ядровой точки, наиболее удаленной от растянутой зоны, до центра тяжести приведенного сечения. Значение в этом способе расчета с целью учета неупругих деформаций бетона сжатой зоны принимают в зависимости от вида силового воздействия: для изгибаемых предварительно напряженных и внецентренно сжатых элементов, а также внецентренно растянутых при (7.31) (7.32) для внецентренно растянутых элементов при (7.33) для изгибаемых без предварительного напряжения (7.34) где - упругий момент сопротивления приведенного сечения по растянутой зоне; — площадь приведенного сечения; - эксцентриситет продольной силы относительно центра тяжести приведенного сечения, Значения можно определить приближенно, полагая по формуле (7.35) где — моменты инерции относительно нейтральной оси площадей сечения бетона сжатой зоны и арматуры обеих зон; — статический момент относительно той же оси площади сечения бетона растянутой зоны; — расстояние от центральной оси до края растянутой зоны. Положение нейтральной оси определяют из условия (7.36) где —статические моменты относительно нейтральной оси площадей сечения бетона сжатой зоны и арматуры обеих зон; — площадь сечения бетона растянутой зоны. Значения можно также определять исходя из упругого момента сопротивления по формуле (7.37) Коэффициент γ учитывает влияние неупругих деформаций бетона растянутой зоны в зависимости от формы сечения. Для прямоугольных и тавровых сечений с полкой в сжатой зоне для коробчатых и симметричных двутавровых сечений при а также для тавровых сечений с полкой в растянутой зоне при 2 и принимают Момент внешних сил определяют относительно оси, проходящей через условную ядровую точку, по формуле (7.4). При внецентренном сжатии с плечом силы (7.38) при внецентренном растяжении В стадии изготовления и монтажа растянутой может оказаться зона, сжатая при действии внешних расчетных нагрузок. В этом случае (7.39) Здесь принимают — для грани, растянутой от действия усилия обжатия — по соответствующей передаточной прочности бетона Момент внешних сил в этом расчете определяют от нагрузки, действующей на данной стадии (например, собственный вес элемента). 22. Расчѐт ширины раскрытия трещин, нормальных к продольной оси элементов После образования трещин в растянутых зонах железобетонных элементов при дальнейшем увеличении нагрузки происходит раскрытие трещин — стадия II напряженно-деформированного состояния. Опыты показывают, что вследствие неоднородности структуры бетона при растяжении расстояния между трещинами могут отклоняться от средних значений в большую или меньшую сторону примерно в 1,5 раза. Ширина раскрытия трещин, нормальных к продольной оси элемента, представляет собой разность удлинений арматуры и растянутого бетона на участке между трещинами длиной т. е. (7.43) Средней деформацией растянутого бетона как величиной малой в сравнении со средней деформацией растянутой арматуры обычно пренебрегают и принимают (7.44) Вводя обозначение для отношения средних деформаций растянутой арматуры на участке между трещинами к деформациям арматуры в сечении с трещиной (7.45) получают ширину раскрытия трещин на уровне оси растянутой арматуры (7.46) На ширину раскрытия трещин влияют: коэффициент в свою очередь, зависящий от прочности сцепления арматуры с бетоном; напряжения в арматуре сечения с трещиной ; расстояние между трещинами Значения этих факторов определяют расчетом. Нормы рекомендуют определять ширину раскрытия трещин, нормальных к продольной оси элемента, на уровне оси растянутой арматуры по следующей эмпирической формуле (в миллиметрах): (7.47) где —коэффициент армирования сечения (ребра таврового сечения), принимаемый в расчете не более 0,02; —площадь сечения растянутой арматуры; — коэффициент, принимаемый для изгибаемых и внецентренно сжатых элементов — 1, для растянутых элементов—1,2; —коэффициент, зависящий от вида и профиля продольной растянутой арматуры: для стержней периодического профиля ; для проволоки классов Вр-1, Вр-11 и канатов — 1,2; для гладких горячекатаных стержней—1,3, для проволоки класса В-11 — 1,4; - коэффициент, учитывающий длительность действия нагрузки; - напряжение в ненапрягаемой растянутой арматуре или приращение напряжений после погашения обжатия бетона в напрягаемой растянутой арматуре; —диаметр арматуры, мм; при нескольких растянутых стержнях разных диаметров Для элементов, к трещиностойкости которых предъявляют требования 2-й категории, ширину непродолжительного раскрытия трещин определяют от суммарного воздействия постоянных, длительных и кратковременных нагрузок при Для элементов, к трещиностойкости которых предъявляют требования 3-й категории, ширину продолжительного раскрытия трещин определяют от действия постоянных и длительных нагрузок при Ширину непродолжительного раскрытия трещин рассчитывают по нелинейной зависимости, суммируя приращение ширины раскрытия трещин ( )от непродолжительного действия всей нагрузки и непродолжительного действия постоянной и длительной нагрузок при и ширину раскрытия от постоянной и длительной нагрузок, т. е. (7.48) Определение ширины раскрытия трещин, наклонных к продольной оси элементов. Ширину раскрытия трещин, наклонных к продольной оси, в изгибаемых элементах определяют по формуле (7.49) (7.50) где —напряжение в хомутах; —действующая поперечная сила; — поперечная сила, воспринимаемая элементом без поперечнойарматуры; — диаметр поперечной арматуры; — коэффициент армирования хомутами или поперечными стержнями; — шаг хомутов; - коэффициент, учитывающий длительность действия нагрузки; |