Железобетон. 1. Сущность железобетона. История развития. Области применения
 Скачать 1.61 Mb.
|
|
35. Сущность расчѐта статически неопределимых конструкций с учѐтом перераспределения усилий вследствии пластических деформаций. Понятие о пластическом шарнире. Ригель многопролетного перекрытия представляет собой элемент рамной конструкции. При свободном опирании концов ригеля на наружные стены и равных пролетах его рассчитывают как неразрезную балку. При этом возможен учет образования /пластических шарниров, приводящих к перераспределению и выравниванию изгибающих моментов между отдельными сечениями. Сущность расчета статически неопределимых железобетонных конструкций с учетом перераспределения усилий заключается в следующем. При некотором значении нагрузки напряжения в растянутой арматуре из мягкой стали достигают предела текучести. С развитием в арматуре пластических деформаций (текучести) в железобетонной конструкции возникает участок больших местных деформации, называемый пластическим шарниром. В статически определимой конструкции, например в свободно лежащей балке, с появлением пластического шарнира под влиянием взаимного поворота частей балки и развивающегося значительного прогиба высота сжатой зоны сокращается, в результате чего достигается напряжение в сжатой зоне , наступает разрушение. Иначе ведет себя статически неопределимая конструкция (рис. 11.11,6). В балке, защемленной на опорах, с появлением пластического шарнира повороту частей балки, развитию прогиба системы и увеличению напряжений в сжатой зоне препятствуют лишние связи (защемления на опорах); возникает стадия 11- а, при которой Поэтому при дальнейшем увеличении нагрузки разрушение в пластическом шарнире не произойдет до тех пор, пока не появятся новые пластические шарниры и не выключатся лишние связи. В статически неопределимой системе возникновение пластического шарнира равносильно выключению лишней связи и снижению на одну степень статической неопределимости системы. Для рассмотренной балки с двумя за- щемленными концами возникновение первого пластического шарнира превращает ее в систему, один раз статически неопределимую; потеря геометрической неизменяемости может наступить лишь с образованием трех пластических шарниров — на обеих опорах и в пролете. В общем случае потеря геометрической неизменяемости системы с п лишними связями наступает с образованием п+1 пластических шарниров. В статически неопределимой конструкции после появления пластического шарнира при дальнейшем увеличении нагрузки происходит перераспределение изгибающих моментов между отдельными сечениями. При этом деформации в пластическом шарнире нарастают, но значение изгибающего момента остается прежним: Плечо внутренней пары сил после образования пластуческого шарнира при дальнейшем росте нагрузки увеличивается незначительно и практически принимается постоянным. 36. Монолитные ребристые перекрытия с балочными плитами и плитами опѐртыми по контуру. Расчѐт и конструирование плит. Ребристое перекрытие с балочными плитами состоит из плиты, работающей по короткому направлению, второстепенных и главных балок. Все элементы перекрытия монолитно связаны и выполняются из бетона класса В15. Сущность конструкции монолитного ребристого перекрытия в том, что бетон в целях экономии удален из растянутой зоны сечений, где сохранены лишь ребра, в которых сконцентрирована растянутая арматура-Полка ребер — плита — с пролетом, равным расстоянию между второстепенными балками, работает на местный изгиб. Второстепенные балки опираются на монолитно связанные с ними главные балки, а те, в свою очередь, — на колонны и наружные стены. Расчет плиты. Расчетный пролет плиты принимают равным расстоянию в свету между второстепенными балками L 0 (до места изменения размера высоты сечения) и при опирании на наружные стены — расстоянию от оси опоры на стене до грани ребра; для расчета плиты в плане перекрытия условно выделяется полоса шириной 1 м. Изгибающие моменты в неразрезных балочных плитах и второстепенных балках с пролетами разной или отличающейся не более чем на 20 % длиной, определяют с учетом перераспределения моментов и при этом создают равномоментную систему. В многопролетной балке опорные моменты на средних опорах при равномерно распределенной нагрузке равны между собой. Используя уравнение равновесия для сечения в середине пролета, находят (11.24) Отсюда (11.25) В первом пролете максимальный изгибающий момент будет в сечении, расположенном на расстоянии от свободной опоры; при этом Используя уравнение равновесия (11.5) и учитывая, что , получают (11.26) Если принять значение изгибающего момента на первой промежуточной опоре (11.27) то изгибающий момент в первом пролете (11.28) Если же принять равномоментную схему то (11.29) Округляя знаменатель (с погрешностью менее 5 % в сторону увеличения изгибающего момента), получают на первой промежуточной опоре и в первом пролете изгибающий момент (11.30) В плитах, окаймленных по всему контуру монолитно связанными с ними балками, изгибающие моменты под влиянием распоров в предельном равновесии уменьшаются. Поэтому в расчетах в сечениях средних пролетов и на средних опорах они уменьшаются на 20 % при условии, что Конструирование плит. Многопролетные балочные плиты в соответствии с характером эпюры моментов армируют рулонными сетками с продольным расположением рабочей арматуры. Рулон раскатывают по опалубке поперек каркасов второстепенных балок, сетки перегибают на расстоянии 0,25L от оси опоры (в местах нулевых моментов). В первом пролете на основную сетку плиты укладывают дополнительную, которую заводят за опоры на 0,25L. Если нужна более мощная рабочая арматура диаметром 6 мм и более, плиты армируют в пролете и на опоре раздельно рулонными сетками с поперечным расположением рабочей арматуры. Перекрытия с плитами, опертыми по контуру. Конструктивная схема перекрытий включает плиты, работающие на изгиб в двух направлениях, и поддерживающие их балки. Все элементы перекрытия монолитно связаны. Перекрытия с плитами, опертыми по контуру, применяют главным образом но архитектурным соображениям, например, для перекрытия вестибюля, зала и т. п. По расходу арматуры и бетона эти перекрытия менее экономичны, чем перекрытия с балочными плитами при той же сетке колонн. Плиты, опертые по контуру, армируют плоскими сварными сетками с рабочей арматурой в обоих направлениях. Поскольку изгибающие моменты в пролете, приближаясь к опоре, уменьшаются, число стержней в приопорных полосах уменьшают. С этой целью в пролете по низу плиты укладывают две сетки разных размеров, обычно с одинаковой площадью сечения арматуры. Меньшую сетку не доводят до опоры на расстояние . В плитах неразрезных, закрепленных на опоре, принимают в плитах, свободно опертых где меньшая сторона опорного контура. Пролетную арматуру плит конструируют также и из унифицированных сеток с продольной рабочей арматурой. Сетки укладывают в два слоя во взаимно перпендикулярном направлении. Монтажные стержни не стыкуют. Надопорную арматуру неразрезных многопролетных плит, оперных по контуру, при плоских сетках в пролете конструируют аналогично надопорной арматуре балочных плит. Плиты, опертые по контуру, рассчитывают кинематическим способом метода предельного равновесия. Плиту в предельном равновесии рассматривают как систему плоских звеньев, соединенных друг с другом по линиям излома пластическими шарнирами, возникающими в пролете приблизительно по биссектрисам углов и на опорах вдоль балок. Изгибающие моменты плиты М зависят от площади арматуры , пересеченной пластическим шарниром, и определяются на 1 м ширины плиты: При различных способах армирования плит, опертых по контуру, составляют уравнение работ внешних и внутренних сил на перемещениях в предельном равновесии и определяют изгибающие моменты от равномерно распределенной нагрузки. Панель плиты в общем случае испытывает действие пролетных и опорных моментов В предельном равновесии плита под нагрузкой провисает, и ее плоская поверхность превращается в поверхность пирамиды, гранями которой служат треугольные и трапециевидные звенья. Высотой пирамиды является максимальное перемещение плиты угол поворота звеньев (11.36) Внешняя нагрузка в связи с провисанием плиты перемещается и совершает работу, равную произведению интенсивности нагрузки на объем фигуры перемещения (11.37) При этом работа изгибающих моментов на соответствующих углах поворота: (11.38) Из условия равенства работ внешних и внутренних сил приравнивают формулы (11.37) и (11.38), а угол поворота φ заменяют его значением по формуле (11.36). Тогда (11.39) Если одна из нижних сеток плиты не доходит до опоры на площадь нижней рабочей арматуры, пресеченной линейным пластическим шарниром в краевой полосе, будет вдвое меньше и формула (11.39) принимает вид + (11.40) В правые части уравнений (11.39) и (11.40) входят расчетные моменты на единицу ширины плиты: два пролетных момента и четыре опорных момента Пользуясь рекомендуемыми соотношениями между расчетными моментами задачу сводят к одному неизвестному. 37. Безбалочные сборные железобетонные перекрытия. Расчѐт и конструирование. Безбалочное сборное перекрытие представляет собой систему сборных панелей, опертых непосредственно на капители колонн. Основное конструктивное назначение капителей в том, чтобы обеспечить жесткое сопряжение перекрытия с колоннами, уменьшить размер расчетных пролетов и создать опору для панелей. Сетка колонн — обычно квадратная размером 6X6 м. Преимущество безбалочных панельных перекрытий в сравнении с балочными — в лучшем использовании объема помещений из-за отсутствия выступающих ребер, облегчении устройства различных производственных проводок и коммуникаций. Благодаря сравнительно небольшой конструктивной высоте безбалочного перекрытия уменьшается общая высота многоэтажного здания и сокращается расход стеновых материалов. Безбалочные панельные перекрытия применяют преимущественно для многоэтажных складов, холодильников, мясокомбинатов, а также для других производственных зданий с большими временными нагрузками. При временных нагрузках на перекрытия 10кН/м 2 и более безбалочные панельные перекрытия экономичнее балочных. Конструкция сборного безбалочного перекрытия состоит из трех основных элементов: капители, надколон-ной панели и пролетной панели. Капитель опирается на уширения колонны и воспринимает нагрузку от надко-лонных панелей, идущих в двух взаимно перпендикулярных направлениях и работающих как балки. В целях создания неразрезности надколонные панели закрепляют поверху сваркой закладных деталей. Пролетная панель опирается по четырем сторонам на надколонные панели, имеющие полки, и работает на изгиб в двух направлениях как плита, опертая по контуру. После сварки закладных деталей панели в сопряжениях замоноличи-вают. Безбалочное сборное перекрытие работает подобно ребристому перекрытию с плитами, опертыми по контуру, в котором надколонные панели выполняют роль широких балок. Панели перекрытий выполняют ребристыми или пустотными, а капители — полными или сплошными. Колонны имеют поэтажную разрезку. Экспериментальные исследования безбалочных перекрытий показали, что надколонные панели в поперечном направлении обладают небольшой деформативностью, и продольная рабочая арматура может в них располагаться по всему поперечному сечению равномерно. Пролетный момент квадратной панели определяют с учетом ее частичного закрепления в контурных ребрах и с учетом податливости опорного контура. Опорные и пролетные моменты надколонных панелей определяют как для неразрезной балки с учетом перераспределения моментов. Расчетный пролет надколонных панелей принимают равным расстоянию в свету между краями капители, умноженному на 1,05. Капители рассчитывают в обоих направлениях на нагрузку от опоры давлений и моментов надколонных плит. Расчетную арматуру укладывают по верху капители, стенки капителей армируют конструктивно. Кроме того, капители рассчитывают на монтажную нагрузку как консоли. Колонны каркаса рассчитывают на действие продольной сжимающей силы N от нагрузки на вышележащих этажах и на действие изгибающего момента М от односторонней временной нагрузки на перекрытии. 38. Монолитные безбалочные перекрытия. Армирование его сварными сетками. Безбалочное монолитное перекрытие представляет собой сплошную плиту, опертую непосредственно на колонны с капителями. Устройство капителей вызывается конструктивными соображениями, с тем чтобы создать достаточную жесткость в месте сопряжения монолитной плиты с колонной, обеспечить прочность плиты на продавливание по периметру капители, уменьшить расчетный пролет безбалочной плиты и более равномерно распределить моменты по ее ширине. Безбалочные перекрытия проектируют с квадратной или прямоугольной равнопролетной сеткой колонн. Отношение большего пролета к меньшему при прямоугольной сетке ограничивается отношением Рациональная квадратная сетка колонн — 6X6 м. По контуру здания безбалочная плита может опираться на несущие стены, контурные обвязки или консольно выступать за капители крайних колонн. Для опирания безбалочной плиты на колонны в производственных зданиях применяют капители трех типов: тип I — при легких нагрузках, типы II и III — при тяжелых нагрузках. В капителях всех трех типов размер между пересечениями напряжений скосов с нижней поверхностью плиты принят исходя из распределения опорного давления в бетоне под углом 45°. Этот размер принимают Размеры и очертание капителей должны быть подобраны так, чтобы исключить продавливание безбалочной плиты по периметру капители. Для этого на любом расстоянии х и соответственно у от оси колонны должно быть соблюдено условие прочности: где (11.49) (11.60) при квадратных капителях Толщину монолитной безбалочной плиты находят из условия достаточной ее жесткости где — размер большого пролета при прямоугольной сетке колонн; для безбалочной плиты из бетона на пористых заполнителях Монолитную безбалочную плиту армируют рулонными или плоскими сварными сетками. Пролетные моменты воспринимаются сетками, уложенными внизу, а опорные моменты — сетками, уложенными вверху. Применяемые для армирования безбалочной плиты узкие сетки с продольной рабочей арматурой на участках, где растягивающие усилия возникают в двух направлениях, укладывают в два слоя по двум взаимно перпендикулярным направлениям. Вблизи колонн верхние сетки раздвигают либо устраивают в них отверстия с установкой дополнительных стержней, компенсирующих прерванную арматуру. Капители колонн армируют по конструктивным соображениям, главным образом для восприятия усадочных и температурных усилий. 39. Расчѐт монолитного безбалочного перекрытия по методу предельного равновесия Безбалочное монолитное перекрытие представляет собой сплошную плиту, опертую непосредственно на колонны с капителями. Устройство капителей вызывается конструктивными соображениями, с тем чтобы создать достаточную жесткость в месте сопряжения монолитной плиты с колонной, обеспечить прочность плиты на продавливание по периметру капители, уменьшить расчетный пролет безбалочной плиты и более равномерно распределить моменты по ее ширине. Безбалочные перекрытия проектируют с квадратной или прямоугольной равнопролетной сеткой колонн. Отношение большего пролета к меньшему при прямоугольной сетке ограничивается отношением Рациональная квадратная сетка колонн — 6X6 м. По контуру здания безбалочная плита может опираться на несущие стены, контурные обвязки или консольно выступать за капители крайних колонн. Для опирания безбалочной плиты на колонны в производственных зданиях применяют капители трех типов: тип I — при легких нагрузках, типы II и III — при тяжелых нагрузках. В капителях всех трех типов размер между пересечениями напряжений скосов с нижней поверхностью плиты принят исходя из распределения опорного давления в бетоне под углом 45°. Этот размер принимают Размеры и очертание капителей должны быть подобраны так, чтобы исключить продавливание безбалочной плиты по периметру капители. Для этого на любом расстоянии х и соответственно у от оси колонны должно быть соблюдено условие прочности: где (11.49) (11.60) при квадратных капителях Толщину монолитной безбалочной плиты находят из условия достаточной ее жесткости где — размер большого пролета при прямоугольной сетке колонн; для безбалочной плиты из бетона на пористых заполнителях Безбалочное перекрытие рассчитывают по методу предельного равновесия. Экспериментально установлено, что для безбалочной плиты опасными (расчетными) загружениями являются: полосовая нагрузка через пролет и сплошная по всей площади. При этих загружениях возможны две схемы расположения линейных пластических шарниров плиты. При полосовой нагрузке в предельном равновесии образуются три линейных пластических шарнира, соединяющих звенья в местах излома (рис. 11.39, а). В пролете пластический шарнир образуется по оси загруженных панелей и трещины раскрываются внизу. У опор пластические шарниры отстоят от осей колонн на расстоянии с 1 зависящем от формы и размеров капителей, трещины раскрываются вверху. В крайних панелях при свободном опирании на стену по наружному краю образуются всего два линейных шарнира — один в пролете и один у опоры вблизи первого промежуточного ряда колонн. При сплошном загружении безбалочного перекрытия в средних панелях возникают взаимно перпендикулярные и параллельные рядам колонн линейные пластические шарниры с раскрытием трещин внизу; при этом каждая панель делится пластическими шарнирами на четыре звена, вращающихся вокруг опорных линейных пластических шарниров, оси которых расположены в зоне капителей обычно под углом 45° к рядам колонн (рис. 11.39, б, в). В средних панелях над опорными пластическими шарнирами трещины раскрываются только вверху, а по линиям колонн — прорезают всю толщину плиты. В крайних панелях схема образования линейных пластических шарниров изменяется в зависимости от конструкции опор (свободное опирание на стену, наличие полукапителей на колоннах и окаймляющих балок и т. п.). При загружении полосовой нагрузкой для случая излома отдельной полосы с образованием двух звеньев, соединенных тремя линейными шарнирами, среднюю панель рассчитывают из условия, что суммы опорного и пролетного моментов, воспринимаемых сечением плиты в пластических шарнирах и равны балочному моменту плиты шириной и пролетом т. е. (11.51) Так же в другом направлении плиты: (11.52) где — суммарная нагрузка на 1 м 2 плиты; — расстояния от опорных пластических шарниров до оси ближайших к ним рядов колонн в направлениях — площадь сечения арматуры в опорном пластическом шарнире в пределах одной панели; — площадь сечения арматуры в пролетном пластическом шарнире в пределах одной панели; —плечо внутренней пары в опорном и пролетном пластических шарнирах. Вводят обозначения для коэффициентов, характеризующих соотношение между площадью арматуры в опорных и пролетных сечениях, где суммарная площадь сечения арма- туры. Подставляя в условие (11.51), получают (1.1.53) При сплошном загружении квадратной панели, одинаково армированной в обоих направлениях = условие прочности (11.54) где с — катет прямоугольного треугольника, отламывающегося от четверти панели. При расчете средних панелей рекомендуется принимать — в пределах 0,08...0,12. При расчете крайних панелей в зависимости от способа опирания безбалочной плиты по контуру рассматривают несколько возможных схем излома. Монолитную безбалочную плиту армируют рулонными или плоскими сварными сетками. Пролетные моменты воспринимаются сетками, уложенными внизу, а опорные моменты — сетками, уложенными вверху. Применяемые для армирования безбалочной плиты узкие сетки с продольной рабочей арматурой на участках, где растягивающие усилия возникают в двух направлениях, укладывают в два слоя по двум взаимно перпендикулярным направлениям. Вблизи колонн верхние сетки раздвигают либо устраивают в них отверстия с установкой дополнительных стержней, компенсирующих прерванную арматуру. Капители колонн армируют по конструктивным соображениям, главным образом для восприятия усадочных и температурных усилий. |