ОПЗ. Лекция 1(17) Конструктивные схемы
 Скачать 4.59 Mb.
|
|
АВ (за вычетом поперечных стержней, расположенных ближе 100 мм от точки А 0 0 / an p l l - длина заделки в опорном узле за линией АВ продольной напрягаемой и ненапрягаемой арматурой p l an l - длина заделки, обеспечивающая полное использование прочности продольной напрягаемой и ненапрягаемой арматуры. Значение p l при классе тяжелого бетона В и выше принимают 1500 мм для семипроволочных канатов, 1000 мм для высокопрочной/проволоки Вр-II диаметром 5 мм, 35 d для стержневой арматуры класса A-IV. Значение an l для арматуры класса А принимают 35 d. . Прочность опорного узла на изгиб в наклонном сечении проверяют по линии АС (соединяющей точку Ау грани опоры Сточкой е у низа сжатой зоны на внутренней грани узла) по условию, что момент сил не должен превышать момента внутренних усилии ) 2 / ( ) 2 / ( 2 / ) 10 ( ) ( 0 0 2 x h N x h N l N a l Q p sP s W A , (8) где A Q - опорная реакция 1- длина опорного узла а - расстояние от торца до центра опорного узла. Высота сжатой зоны в наклонном сечении b R N N x b s sp / ) ( (9) Арматуру промежуточного узла рассчитывают приближенно по схеме, изображенной на (рис.5,б). В этом узле также учитывают, что понижение расчетного усилия в арматуре растянутого раскоса на длине заделки компенсируется работой на растяжение поперечных стержней. Из условия прочности линии отрыва АВС an sw l k a l k N N 1 1 2 / ) ( cos (10) определяют sw N и площадь сечения одного поперечного стержня sw sw sw nR N A / , (11) где N - расчетное усилие в растянутом раскосе; φ - угол между поперечными стержнями и направлением растянутого раскоса; n - число поперечных стержней, пересекаемых линией АВС; при этом поперечные стержни, располагаемые на расстоянии меньше мм от точек Аи С, а также имеющие в пределах вута заделку менее 30d (с учетом загнутых участков поперечной арматуры, в расчет не включается 1 l - длина заделки арматуры растянутого раскоса за линией АВС; 2 k - коэффициент, учитывающий особенность работы узла, в котором сходятся растянутый и сжатый подкосы для узлов верхнего пояса 2 k = 1; для узлов нижнего пояса (если водном из примыкающих, к узлу участке растянутого пояса обеспечивается вторая категория требовании, По трещиностойкости и при наличии в узле сжатых стоек или раскосов, имеющих угол наклона к горизонту более 40 гр 2 k =1,1, в остальных случаях 2 k =1,05; а - условное увеличение длины заделки растянутой арматуры a=5d – при двух коротышах a=3d - при одном коротыше и петле a-2d при высаженной головке an l - заделка арматуры растянутого раскоса, обеспечивающая полное ее использование по прочности при тяжелом бетоне. класса ВЗ0 и выше и арматуре класса А an l =35d; s - напряжение в арматуре растянутого раскоса от расчетной нагрузки. Поперечные стержни промежуточного узла в котором сходятся два растянутых элемента решетки рассчитывают по формуле (11) последовательно для каждого элемента решетки, считая, что элементы, расположенные рядом, сжаты. Окаймляющую арматуру промежуточного узла рассчитывают, используя равенства ) 5 , 0 ( 04 , 0 2 1 0 D D N s ; (12) s s s R n N A 0 где 1 D - наибольшее усилие в растянутых раскосах, сходящихся в узле 2 D - усилие в другом растянутом подкосе этого узла 2 n - число окаймляющих стержней в узле s R 0 =90 МПа - расчетное напряжение окаймляющей арматуры, установленное из условия ограничения ширины раскрытия трещин. Расчет трещиностойкости растянутого пояса раскосной фермы необходимо выполнять с учетом изгибающих моментов, возникающих вследствие жесткости узлов. Эти моменты в фермах со слабо работающей решеткой достаточно точно могут быть определены из рассмотрения нижнего пояса как неразрезной балки с заданными осадками опор. Последние находят по диаграмме перемещений стержней фермы. Расчет фермы выполняют также на усилия, возникающие при изготовлении, транспортировании и монтаже. В расчетной схеме безраскосной фермы в расчетах прочности и трещиностойкости принимают жесткое соединение поясов и стоек в узле. Усилия М, Q, N определяют как для статически неопределимой системы с замкнутыми контурами. Здесь возможны как строгие, таки приближенные способы расчета. Для расчета ферм на ЭВМ разработаны программы, по которым можно выбрать оптимальный вариант конструкции. 2.2. Подстропильные конструкции Подстропильные конструкции в виде балок или ферм (рис. 13.42) применяют в покрытиях одноэтажных промышленных зданий при шаге стропильных конструкций б ми шаге колонн 12 м. Подстропильные конструкции выполняют предварительно напряженными из бетона классов ВЗО, В и армируют канатами, стержневой или проволочной арматурой с натяжением на упоры. Ненапрягаемую арматуру растянутых раскосов подстропильных ферм определяют из расчета прочности и раскрытия трещин. Крепление стропильных ферм к подстропильным конструкциям выполняют монтажной сваркой. силы, приложенной в середине пролета к нижнему узлу подстропильной фермы. Подстропильные фермы рассчитывают по прочности и трещиностойкости с учетом жесткости узлов. Лекция №5(21) 1. Железобетонные арки При пролете свыше 30 м железобетонные арки становятся экономичнее ферм. Наиболее распространенные арки - двухшарнирные - выполняют пологими со стрелой подъема f=(1/6..l/8)l. Распор арки обычно воспринимается затяжкой. В конструктивном отношении выгодно очертание оси арки, близкое к кривой давления. Арочный момент Hy M M bmx x , (1) где M bmx - балочный момент Н - распор арки. Очертание кривой давления находят, полагая M x =0. Тогда H M y bmx / (2) При равномерно распределенной нагрузке и несмещаемых опорах кривая давления арки будет квадратной параболой f y ) 1 ( 4 (3) где l x Полного совпадения оси арки с кривой давления достичь не удается, так как при различных схемах загружения временной нагрузкой, а также под влиянием усадки и ползучести бетона неизбежно возникают изгибающие моменты. Влияние ползучести бетона особенно существенно в большепролетных арках. В связи с этим принимают такое очертание оси, при котором расчетные усилия будут наименьшими. Для типизации конструкции и упрощения производства работ очертание оси пологих двухшарнирных арок обычно принимают по окружности. Конструирование арок выполняют по общим правилам, как для сжатых элементов. Сечение арок может быть прямоугольными двутавровым (рис. 1), чаще с симметричным двойным армированием, так как возможны знакопеременные изгибающие моменты. Затяжку выполняют предварительно напряженной. Для уменьшения провисания затяжки через каждые 5...6 м устраивают железобетонные или стальные подвески. Двухшарнирная арка двутаврового сечения с предварительно напряженной затяжкой пролетом 36 м, изображенная на (рис. 1), собрана из шести блоков. Затяжку изготавливают в виде целого элемента с опорными блоками, что повышает надежность работы распорной конструкции. В качестве напрягаемой арматуры затяжки применяют канаты, натягиваемые на упоры. Блоки на монтаже соединяют сваркой либо выпусков арматуры, либо закладных деталей. Стыковые швы замоноличивают. Рис. Железобетонная арка двутаврового сечении с затяжкой Большепролетные высокие арки имеют более сложное очертание оси, их обычно выполняют трехшарнирными. Распор арки передают на фундаменты и грунты основания. При слабых грунтах для восприятия распора арки устраивают затяжку, расположенную ниже уровня пола. Арки рассчитывают навес покрытия и арки, сплошную и одностороннюю нагрузку от снега и сосредоточенную нагрузку от подвесного транспорта. Большепролетные арки рассчитывают также на усадку и ползучесть бетона, а высокие арки - на ветровую нагрузку. В расчетной схеме очертание пологой двухшарнирной арки принимают по квадратной параболе (риса, Высоту и ширину сечения арки предварительно принимают h=(1/30…1/40)l; b=(0,4…0,5)h. (4) Площадь сечения арматуры затяжки предварительно подбирают по распору ) 8 / ( 9 , 0 2 f ql H (5) Двухшарнирные арки рассчитывают как статически неопределимые системы с учетом влияния перемещений от изгибающих моментов и нормальных сил. Для предварительно напряженной затяжки в расчете перемещений учитывают приведенную площадь бетона red A . Предварительное напряжение затяжки, в результате которого деформаций арматуры оказываются выбранными, уменьшает подвижность опор арки и приближаете работу под нагрузкой к работе арок с неподвижными пятами. При этом распор H увеличивается, а изгибающий момент арки уменьшается. Рис. К расчету арок а - деухшарнирная арка б - усилия е сечении арк Трехшарнирные арки статически неопределимы. Если опоры расположены водном уровне, то распор f M H bm / , (6) где bm M - балочный момент в середине пролета арки. Усилия M, Q, N определяют определяют в нескольких сечениях по длине арки (рис. б. Изгибающие моменты определяют по формуле (1), продольные и поперечные силы Q = Q bm cos φ – H sin φ; (7) N = H cos φ + Q bm sin φ, (8) где φ - угол между касательной коси арки в рассматриваемом сечении и горизонтальной прямой Q bm - балочная поперечная сила. Усилия в сечениях, вычисленные от разных загружений, сводят в таблицу, по которой устанавливают максимальные и минимальные расчетные усилия. Сечение арматуры подбирают по формулам для сжатых элементов. Чтобы учесть влияние продольного изгиба в плоскости кривизны, расчетную длину принимают для трехшарнирной арки - 0,58s, для двухшарнирной - 0,54s, для бесшарнирной - 0,36 s (где s - длина дуги. Поперечные силы в арках незначительны поперечные стержни ставят по расчету и конструктивным соображениям. Арматуру затяжки подбирают как для растянутого элемента по условиям прочности и трещиностойкости. 2. Подкрановые балки Особенности расчета и конструирования Железобетонные предварительно напряженные подкрановые балки испытывают динамические воздействия от мостовых крапов и поэтому их применение рационально при кранах грузоподъемностью дот среднего режима работы и кранах легкого режима работы. При кранах тяжелого режима работы и кранах грузоподъемностью 50 т среднего режима работы и более целесообразны стальные подкрановые балки. Наиболее выгодна двутавровая форма поперечного сечения подкрановой балки. Развитая верхняя полка повышает жесткость балки в горизонтальном направлении, уменьшает перемещения при поперечных тормозных условиях, а также улучшает условия монтажа и эксплуатации крановых путей и крана нижняя полка дает возможность удобно разместить напрягаемую арматуру и обеспечить прочность балки при отпуске натяжения. Расчетным на вертикальные нагрузки является тавровое сечение с верхней сжатой полкой, а на горизонтальные нагрузки - прямоугольное сечение (верхняя полка) . Высоту сечения подкрановых балок назначают в пределах h =(1/8...1/10)1, толщину верхней полки f h = (1/7...1/8)h, ширину верхней полки f b = (1/10...1/20)l. По условиям крепления и рихтовки крановых путей принимают размер полки f b =500...650 мм. Типовые подкрановые балки имеют высоту сечения h = 1000 мм при пролете 6 ми мм при пролете 12 м (рис. 3). Сборные подкрановые балки пролетом 6 им по условиям технологичности изготовления и монтажа выполняют разрезными с монтажным стыком на колоннах. Расчетные нагрузки от мостовых кранов для расчета прочности подкрановых балок определяют с коэффициентом надежности γ f =1,1. Расчетная вертикальная нагрузка max max n n f F F (9) Расчетные вертикальные нагрузки для группы режима работы мостового крана К следует умножать на коэффициент динамичности K max =1,1. Расчетная горизонтальная нагрузка (от одного колеса моста) max max 2 1 n n f H H (10) Горизонтальная сила max n H приложена в уровне головки крановых рельсов, но для упрощения расчета, пренебрегая незначительным влиянием эксцентриситета, ее полагают приложенной посередине высоты полки таврового сечения. Рис. 3. Конструкция предварительно напряженной подкрановой балки пролетом 12 м а - общий вид б - армирование напрягаемой проволочной арматурой в – тоже стержневой арматурой Расчет прочности ведут по расчетной нагрузке от двух сближенных мостовых кранов одинаковой грузоподъемности, умноженную на коэффициент сочетаний, равный 0,85 (при кранах легкого и среднего режима. Подвижную нагрузку от мостовых кранов располагают в пролете подкрановой балки так, чтобы в ряде сечений по длине пролета получить максимальные усилия М, Q. Расстояние между четырьмя силами, передающимися через колеса мостового крана, устанавливают по габаритам ширины и базы моста (риса. Расчет ведут по линиям влияния, располагая одну силу в вершине линии влияния (рис.4,б). Максимальные усилия определяют суммированием произведений сил на соответствующие им ординаты. Например, максимальный изгибающий момент в рассматриваемом сечении Fy y F y F M 2 2 1 1 (11) Рис. К расчету подкрановой балки а - расчетная схема б - линии влияния Ми По найденным усилиям строят огибающие эпюры М, Q. Ординаты огибающих эпюр определяют по таблицам, приведенным в справочниках. Расчет на выносливость ведут по расчетной вертикальной нагрузке от одного мостового крана, определяемой умножением нормативной нагрузки на коэффициент равный 0,5. Прогиб определяют от действия одного крана при коэффициенте надежности, равном единице 400 / l f (12) Предварительно напряженные подкрановые балки армируют высокопрочной проволокой, стержневой арматурой, канатами. Арматурные каркасы в связи с динамическими воздействиями на балку выполняют не сварными, а вязаными. На опорах балки усиливают ребрами,(с уширениями концов) и дополнительной поперечной арматурой в виде стержней, хомутов, сеток, обеспечивающих прочность и трещиностойкость торцов при отпуске натяжения. Для подкрановых балок применяют бетон классов В30...В50. Масса подкрановой балки пролетом 12 м составляет 10...12 т. Подкрановые балки соединяют с колоннами сваркой стальных закладных деталей (риса. Для передачи горизонтальных тормозных усилий в стыке Рис. Детали креплений а - подкрановой балки к колонне б - рельса к подкрановой балке 1 - ребровые планки 100×12; 2 - закладная деталь подкрановой балки 3 - анкеры, выпущенные из колонны 4 - лапка·прижим; 5 - упругие прокладки 6 - закладные детали колонны δ= мм устанавливают ребровые накладки, привариваемые к верхним закладным листам балок и специальному закладному листу колонны. Чтобы смягчить удары и толчки, передаваемые на подкрановую балку при движении мостового крана, и уменьшить износ путей, между подкрановой балкой и рельсом укладывают упругую прокладку из прорезиненной ткани толщиной 8...10 мм. При этом принимают во внимание, что предварительно напряженные балки имеют выгиба крановый рельс должен иметь горизонтальное положение. Рельс после рихтовки прикрепляют к балке болтами с помощью стальных деталей (рис.5,б). Горизонтальную нагрузку, вызванную ударом крана о тупиковый упор (до 150 кН для групп режимов работы кранов 4К...6К), учитывают только при расчете упоров и их креплений к балкам кранового пути. Лекция №6(22) ТОНКОСТЕННЫЕ ПРОСТРАНСТВЕННЫЕ ПОКРЫТИЯ 1. Общие сведения Пространственные покрытия представляют системы, образуемые из тонкостенных оболочек (тонких плит) и контурных конструкций (бортовых элементов, опорных колец, диафрагм в виде балок, ферм, арок, брусьев и т. п. Оболочкам придают очертания криволинейных поверхностей или многогранников. Тонкостенные пространственные покрытия применяют с использованием в них (рис, аж - цилиндрических оболочек и призматических складок - оболочек вращения с вертикальной осью (купола - оболочек двоякой положительной и отрицательной гауссовой кривизны, преимущественно прямоугольных в плане - составных оболочек, образованных из нескольких элементов, по форме пересекающихся криволинейных поверхностей. Особое место занимают волнистые своды, те. многоволновые или многоскладчатые покрытия в виде сводов (складок) с малыми размерами волны по сравнению с длиной пролета (рис, за также висячие покрытия (на вантах, весьма разнообразные по форме в пространстве ив плане (две схемы представлены на рис, и, кВ практике находят применение многие другие разновидности тонкостенных пространственных покрытий. Тонкостенные пространственные покрытия особенно целесообразны при строительстве производственных и гражданских зданий в условиях, когда требуется перекрывать помещения больших размеров порядками более) без промежуточных опор. Впрочем, их успешно применяют и при меньших пролетах. В пространственных покрытиях благодаря работе конструкции в обоих направлениях в плане достигаются лучшее использование материалов, его существенная экономия, значительное уменьшение собственного веса в сравнении с покрытиями из плоских элементов (кровельных панелей, ферм, балок, арок, подстропильных конструкций. Пространственные покрытия обладают особой архитектурной выразительностью. За рубежом тонкостенные пространственные покрытия возводят главным образом в виде монолитных конструкций с применением на строительной площадке лесов и опалубки. На территории России пространственные покрытия осуществляются преимущественно сборными, что отвечает принципу индустриализации строительства. Рис. Характерные схемы наиболее часто применяемых тонкостенных пространственных покрытий Тонкостенные пространственные железобетонные оболочки появились в х годах текущего столетия. В России (СССР) первые цилиндрические железобетонные оболочки построены над резервуаром для воды в Баку (1925 г, затем в зданиях Харьковского почтамта (1928 г, Московской автобазы (1929 г, Ростовского завода сельскохозяйственных машин (1931 г) и впоследствии на многих других объектах. Первый железобетонный купол был сооружен над Московским планетарием (1929 г, позже купола сооружались над Новосибирским городским театром (1934 г, Московским театром сатиры (1939 гит. д. По мере развития строительной индустрии тонкостенные пространственные конструкции непрерывно совершенствовались. В последнее время построено много оригинальных сборных пространственных покрытий различных форм в Ленинграде, Красноярске, Киеве, Москве и других городах. При этом все шире практикуется предварительное напряжение контурных конструкций и угловых зон оболочек, используются легкие бетоны, изготовляются сборные пространственные панели-оболочки напролет цилиндрической формы-КЖС, гиперболической и др, применяются армоцементные пространственные конструкции, а также железобетонные оболочки в сочетании со стальными диафрагмами и др. Поверхности двоякой кривизны могут быть образованы способом вращения некоторой плоской кривой (образующей) вокруг оси, находящейся вместе с ней водной плоскости (рис.1,в), или способом переноса, те. поступательным перемещением плоской образующей по параллельным направляющим (рис, г. Поверхность двоякой кривизны может быть получена также перемещением плоской кривой (в частном случае - прямой) по двум непараллельным непересекающимся направляющим (рис, д. Для покрытий чаще всего применяют пологие оболочки с подъемом поверхности не более 1/5…1/6 доли любого размера основания. Криволинейная поверхность положительной гауссовой кривизны характеризуется тем, что центры кривизн дуг всех нормальных сечений, проведенных через каждую точку, лежат по одну сторону поверхности. Если эти центры расположены с обеих сторон, то такая поверность называется поверхностью отрицательной гауссовой кривизны. Исследованиями установлено, что пространственные покрытия с применением оболочек, подобно другим железобетонным конструкциям в начальной стадии загружения (до образования трещин в бетоне растянутых зон, деформируются упруго. После образования трещин по мере роста нагрузок и напряжений в бетоне и арматуре в них нарастают неупругие деформации вплоть до стадии предельного равновесия. Хорошо изучены оболочки в упругом состоянии. Исследования в неупругом состоянии ив стадии предельного равновесия еще не завершены они перспективны тем, что позволяют повысить надежность и экономичность конструкций. Тонкостенные оболочки имеет малую жесткость на изгиб в сравнении с жесткостью против действия сил, развивающихся в серединной поверхности. Поэтому внешним нагрузкам, действующим перпендикулярно срединной поверхности оболочки, препятствуют преимущественно силы |