Cтадии напряженно-деформированного состояния при изгибе

Стадия I характеризуется преимущественно упругой работой бетона. Эпюры нормальных напряжений в бетоне сжатой и растянутой зон — треугольные. С увеличением нагрузки в растянутом бетоне развиваются неупругие деформации, эпюра напряжений становится криволинейной, напряжения равны пределу прочности бетона при растяжении (стадия Iа).

Стадия I Стадия Iа

Стадия II наступает после появления трещин в растянутой зоне. Бетон в местах образования трещин выключается из работы, и внутреннее растягивающее усилие воспринимается арматурой и бетоном растянутой зоны над трещиной. В сжатой зоне бетона развиваются пластические деформации бетона (ползучесть), и эпюра нормальных напряжений становится точно криволинейной.

Стадия III — это стадия разрушения сечения. В зависимости от количества и вида арматуры различают два случая разрушения. Случай 1 характерен для нормально армированных балок. Разрушение начинается в растянутой арматуре и заканчивается раздроблением бетона сжатой зоны. Случай 2 относится к переармированным сечениям. Разрушение начинается в бетоне сжатой зоны, а напряжение в растянутой арматуре не достигает предельных значений.

Случай 1 Случай 2

Предпосылки для расчета прямоугольных сечений по нормальным напряжениям:

1) сопротивление бетона растяжению f_ctd = 0

2) Сопротивление бетона сжатию в пределах сжатой зоны принимается равномерно распределенной, равной f_cd (эпюра прямоугольная вместо фактической криволинейной)

3) Максимальные растягивающие напряжения в арматуре равны расчетному сопротивлению растяжению f_yd, усилия f_yd ·A_s1

4) Сжимающие усилия в бетоне f_сd ·A_сс = f_сd · b ·x_eff

20. Укажите особенности расчета железобетонных элементов прямоугольного сечения с одиночным армированием: схема усилий, эпюра напряжений в сечении, основные уравнения равновесия внешних и внутренних усилий, коэффициенты и проценты армирования.

В основу расчета сечений положены два условия равновесия. Первое равенство нулю суммы проекций всех сил на ось элемента (Σх = 0). Второе - равенство нулю суммы всех моментов (внешних и внутренних) относительно оси, проходящей через точку приложения равнодействующей усилий в арматуре (ΣМ = 0).

Первое условие равновесия Σх=0

f_yd ·A_s1 - f_сd · b ·x_eff = 0

Из второго условия равновесия ΣМ = 0 следует

или

Прочность сечения будет обеспечена, если расчетный момент от внешней нагрузки не превысит расчетного момента внутренних усилий относительно центра тяжести сечения растянутой арматуры или относительно центра тяжести сжатой зоны бетона:

Высота сжатой зоны бетона из условия равновесия:

Относительная высота сжатой зоны бетона

где μ - коэффициент армирования;

Вместо коэффициента армирования удобнее пользоваться понятием процента армирования

21. Укажите особенности расчета железобетонных элементов прямоугольного сечения с двойной арматурой: схема усилий, эпюра напряжений в сечении, основные уравнения равновесия внешних и внутренних усилий, коэффициенты и процент армирования.

Сечениями с двойной арматурой называются такие, в которых кроме растянутой арматуры устанавливают по расчету и сжатую. Последняя необходима для усиления сжатой зоны бетона, когда прочность бетона этой зоны недостаточна для восприятия изгибающего момента от внешней нагрузки. Для обеспечения сопротивления сжатой зоны возникающим сжимающим усилиям устанавливают арматуру в таком количестве, чтобы она воспринимала ту часть внешнего момента, которую не может воспринимать сжатый бетон.

Сечения с двойной арматурой неэкономичны по расходу стали, так как увеличивается расход продольной арматуры и требуется конструктивная постановка поперечных стержней. Поперечные стержни, обеспечивающие закрепление сжатых рабочих продольных стержней от выпучивания, устанавливают с шагом не более 15d в вязаных каркасах и 20d — в сварных.

Сжатую зону армируют только в особых случаях: при ограниченной высоте сечения элемента, невозможности повышения класса бетона, действии знакопеременных моментов, по условиям транспортирования и монтажа сборных элементов или других специальных требований.

В основу расчета сечений положены два условия равновесия. Первое равенство нулю суммы проекций всех сил на ось элемента (Σх = 0). Второе - равенство нулю суммы всех моментов (внешних и внутренних) относительно оси, проходящей через точку приложения равнодействующей усилий в арматуре (ΣМ = 0).

Первое условие равновесия Σх=0

f_yd ·A_s1 – α · f_сd · b ·x_eff - f_yd ·A_s2 = 0

Из второго условия равновесия ΣМ = 0 следует:

Коэффициент армирования;

Вместо коэффициента армирования удобнее пользоваться понятием процента армирования

22. Укажите особенности расчета железобетонных тавровых сечений: схема усилий и эпюра напряжений в поперечном сечении, расчетная ширина свесов полки, два случая расчета, расчетные формулы.

Элементы таврового сечения широко применяют в промышленном и сельскохозяйственном строительстве в виде отдельных балок, ребристых плит. Тавровые сечения экономичнее прямоугольных, так как площадь сжатого бетона при устройстве сжатой полки увеличивается, а неработающего растянутого сокращается. В основном тавровое сечение имеет одиночное армирование.

Для тавровых сечений с консольными свесами вводимая в расчет ширина полки должна составлять:

при ≥0,1

при

при

При расчете балок таврового сечения с полкой, расположенной в сжатой зоне бетона, различают два случая:

Случай 1 Случай 2

Случай 1. Сжатая зона бетона находится в пределах полки , свесы полки достаточно развиты, а количество растянутой арматуры незначительно.

В этом случае выполняется условие

Тавровые сечения рассматривают, как прямоугольные шириной

Случай 2. Граница сжатой зоны бетона проходит в ребре, условие не соблюдается

Расчет производят из условия ,

где

Укажите область применения и виды железобетонных сжатых элементов. Изобразите сечение сжатого элемента с расчетным эксцентриситетом, укажите усилия. Укажите формулы для проверки прочности сжатых элементов со случайным эксцентриситетом. Дайте понятие о минимальном и максимальном проценте армирования колонн.

К сжатым элементам относят:

1) колонны, перегородки и стены здания

2) верхние пояса и стойки ферм

3) стены прямоугольных резервуаров, воспринимающие боковое давление грунта

4) элементы рамных конструкций, арки

5) свайные фундаменты

Проверка прочности сжатых элементов со случайным эксцентриситетом

где N – расчетная продольная сила, А – площадь бетона в поперечном сечении, η – коэффициент, φ – коэффициент, учитывающий гибкость элемента, длительность загружения и характер армирования.

Минимальный процент армирования устанавливают в зависимости от гибкости элемента, он обеспечивает восприятие не учитываемых расчетом воздействий (температурных, усадочных).

μ_min% = 0,05…0,25%

Максимальный процент армирования μ_max% = 3%

Дайте определение и укажите область применения предварительного напряжения железобетонных конструкций. Приведите примеры преднапряженных железобетонных конструкций, укажите их достоинства и недостатки. Опишите способы создания предварительного напряжения; основные принципы конструирования.

Железобетонные конструкции, в которых в процессе изготовления создаются искусственные напряжения сжатия, называются предварительно напряженными.

Область применения:

- изгибаемые элементы (пустотные и ребристые плиты, шпалы, опоры контактной сети);

- растянутые элементы — нижние пояса и нисходящие раскосы ферм, трубы;

- в с/х строительстве (сборные элементы покрытий и перекрытий, стен силосов, сенажных башен).

Достоинства - значительное сокращение расхода стали за счет использования высокопрочной арматуры, применение которой экономически эффективно только в предварительно напряженных конструкциях, где полностью используются ее прочностные свойства. Кроме того, в предварительно напряженных конструкциях повышаются трещиностойкость, жесткость, долговечность, сокращается расход бетона (благодаря применению высоких классов).

Недостаток – значительная трудоемкость изготовления.

Предварительное напряжение железобетонных конструкций осуществляют двумя основными методами:

1 метод - натяжения на упоры. Арматуру натягивают до заданного значения натяжения и закрепляют в торцах формы, затем элемент бетонируют. После приобретения бетоном необходимой прочности для воспринятия усилий предварительного обжатия (передаточная прочность) арматуру освобождают от упоров. Стремясь восстановить свою первоначальную длину, арматура обжимает бетон.

2 метод - натяжение на бетон более трудоемко, и его применяют в тех случаях, когда затруднено или не может быть осуществлено натяжение на упоры (например, при строительстве уникальных сооружений больших размеров, мостов, при возведении монолитных конструкций). Первоначально изготавливают бетонный или малоармированный элемент, в котором предусмотрены каналы или пазы для размещения напрягаемой арматуры. При достижении бетоном требуемой передаточной прочности в каналы (пазы) заводят арматуру, натягивают ее до заданного напряжения и закрепляют на торцах конструкции (заанкеривают). Таким образом бетон оказывается обжатым. Для создания сцепления арматуры с бетоном в каналы инъецируют цементный или цементно-песчаный раствор.

Основные принципы конструирования - должна быть обеспечена надежная передача усилий натяжения арматуры на бетон за счет сцепления или специальных анкеров, устанавливаемых на концах арматурных элементов. На концевых участках этих элементов для воспринятия концентрации усилий, передаваемых на бетон, следует устанавливать дополнительную поперечную или косвенную арматуру в виде сварных сеток или хомутов.

25. Укажите последовательность проектирования сборных железобетонных перекрытий: виды строительных конструкций, компоновку конструктивной схемы, определение расчетных пролетов панелей, особенности расчета и конструирования.

Виды конструкций – ригели прямоугольного и таврового сечения, плиты ребристые с полкой внизу или сверху, многопустотные (круглые или овальные пустоты).

Компоновка конструктивной схемы включает в себя определение направления ригелей (главных балок) вдоль продольной или поперечной оси здания. В сборных и сборно-монолитных перекрытиях крупноразмерные плиты укладывают поверх ригелей или главных балок или на полки ригелей. Ригели и главные балки, в свою очередь, опираются на стены или колонны, образуя рамную конструкцию.

Компоновка конструктивной схемы зависит от внешних нагрузок, назначения здания или сооружения и общего архитектурно планировочного решения. Направление ригелей (продольное или поперечное) назначают в зависимости от требований, предъявляемых к жесткости здания и освещенности помещений.

Определение расчетных пролетов

Особенности расчета и конструирования: балочные плиты рассчитывают на изгиб на прочность, прогиб и трещиностойкость, приводя к прямоугольному или тавровому сечению. Армируют растянутую зону обычной класса S400 или предварительно напряженной арматурой S800, S1200, S1400. Рабочие стержни располагают вдоль пролета.

26. Укажите последовательность проектирования монолитных железобетонных перекрытий с балочными плитами и плитами, опертыми по контуру: компоновку конструктивной схемы, особенности расчета и армирования.

При соотношении сторон l₁ / l₂>2 плиты считаются балочными.

Последовательность проектирования балочных плит:

1) строят эпюры усилий от заданных нагрузок

2) по значениям M_max и Q_max определяют требуемую площадь рабочей арматуры из условия прочности.

Расчетная ширина сечения – 1 метр.

Плиты армируют отдельными стержнями (при небольших объемах работ) или сварными сетками (более индустриально).

Ребристые перекрытия с плитами, опертыми по контуру, состоят из балок, расположенных по осям колонн в двух направлениях при соотношении сторон в плитах l₁ / l₂≤2. Монолитные ребристые перекрытия с плитами, опертыми по контуру, бывают двух типов: гладкие и кессонные. Первые применяют при пролетах 4...6 м, вторые при больших пролетах. Применение перекрытий этого типа оправдывается в основном требованиями архитектурной выразительности, поскольку они менее экономичны, чем перекрытия, имеющие балочные плиты при той же сетке колонн.

Толщина плит гладких перекрытий обычно составляет 10... 14 см, кессонных 3...10 см.

Расчет и армирование плиты. Плиты, опертые по контуру, рассчитывают кинематическим способом по методу предельного равновесия на действие статических нагрузок.

Плиты армируют плоскими сварными сетками при пролетах менее 2,5 м и рулонными — при пролетах более 2,5 м. Для восприятия пролетных изгибающих моментов в нижней части плиты укладывают дополнительную сетку. При армировании плит узкими сетками с продольной рабочей арматурой нижние сетки укладывают в два слоя, с расположением рабочей арматуры взаимно перпендикулярно, а верхние сетки укладывают над балками с расположением рабочих стержней перпендикулярно к осям балок.