2. У кажите особенности расчета элементов конструкций из дерева: схема работы, область применения и расчетные формулы центрально-растянутых, центрально-сжатых, изгибаемых элементов.

Центрально-растянутые ДК:

Cхема работы -

Область применения – растянутые раскосы и пояса стропильных, подстропильных и связевых ферм.

Расчет на прочность:

^t,0,d  f^t,0,d ^t,0,d = N^d/A^inf

г де N^d — расчетная осевая сила^; A^{inf —} площадь поперечного сечения элемента нетто.

Центрально-сжатые ДК: Cхема работы -

Область применения – сжатые раскосы и пояса стропильных, подстропильных и связевых ферм и других сквозных конструкций, стойки.

Расчет на прочность:

^с,0,d  f^с,0,d ^с,0,d = N^d/A^inf

где N^d — расчетная осевая сила^; A^{inf —} площадь поперечного сечения элемента нетто.

Расчет на устойчивость:

σ^с,0,d ≤ k^cf^с,0,d, где σ^с,0,d = N^d/A^d ,

A^d — расчетная площадь поперечного сечения;

k^c — коэффициент продольного изгиба, определяемый в зависимости от гибкости элемента.

при при

^{с = 0,8 для древесины и с = 1 для фанеры;С = 3000 для древесины и С = 2500 для фанеры. , = 70}

Гибкость определяется по формуле λ=l^d/i, где l^d — расчетная длина элемента; i — радиус инерции сечения элемента в направлении соответствующей оси. Расчетная длина элемента

ld = l .

Продольная нагрузка	Условия закрепления	
Продольная сила, приложенная по концам	Два шарнирных конца Один шарнирный и второй защемленный конец Один защемленный и второй свободный конец Два защемленных конца	1 0,8 2,2 0,65
Нагрузка, распределенная равномерно по длине элемента	Два шарнирных конца Один защемленный и второй свободный конец	0,73 1,2

И згибаемые элементы: Cхема работы -

Область применения – балки, настилы, прогоны, стропильные ноги.

Расчет на прочность:

σ^m,y,d/f ^m,y,d + σ^m,z,d/f ^m,z,d ≤1, где f^m,y,d и f^m,z,d — соответствующие значения расчетных сопротивлений изгибу; σ^m,y,d и σ^m,z,d - расчетные напряжения изгиба относительно заданной оси, определяемые по формуле:

^m,i,d = M^i,d/W^i,d ,где M^i,d — расчетный изгибающий момент относительно соответствующей оси; W^i,d — расчетный момент сопротивления поперечного сечения элемента относительно соответствующей оси.

2. О пишите область применения врубок, изобразите варианты их конструктивных решений. Изобразите схему расчета лобовой врубки с одним зубом, укажите площадки смятия и скалывания. Приведите формулу расчета лобовой врубки на смятие под углом к волокнам.

Область применения врубок – в подкосно-ригельных системах, фермах для круглого или брусчатого сечения при относительно небольших пролетах и нагрузках.

Р ис. 2 Схема расчета лобовой врубки с одним зубом: 1 – нижний пояс; 2 – верхний пояс; АВ – площадка смятия;

Рис. 1 Варианты конструктивных решений: ВС – площадка скалывания

а) с одним зубом;

б) с двумя зубьями.

Рабочая плоскость смятия во врубках должна располагаться перпендикулярно равнодействующей осевой и поперечной сил (при соединении элементов, не испытывающих поперечного изгиба, перпендикулярно оси примыкающего сжатого элемента).

Элементы, соединяемые на лобовых врубках, должны быть стянуты болтами для восприятия усилий верхнего пояса предупреждения внезапного разрушения фермы с случае скалывания площадки BC.

Отношение длины площадки скалывания к плечу сил скалывания (l^v/e) должно быть не менее 3.

Расчетную несущую способность соединения на смятие следует определять по следующей формуле:

R^c,d = f^c,α,d A^c ,

где A^c — рабочая плоскость смятия, определяемая по формуле:

A^c = bh¹/cos  ;

b — ширина сминаемого участка;

h¹ — глубина врубки;

f^c,α,d — расчетное сопротивление смятию древесины под углом к волокнам, определяемое по формуле:

,

где f^i,0,d, f^i,90,d — расчетные сопротивления древесины, соответ-ствующие напряженному состоянию;

2. Опишите область применения соединений на цилиндрических нагелях и гвоздях. Укажите характер работы и разрушения нагельных соединений, их типы. Приведите формулу расчета нагельного соединения на прочность, укажите особенности их конструирования.

Нагельные соединения широко применяются в строительстве. Они надежны, экономичны по расходу древесины, просты и дешевы в изготовлении, а также малочувствительны к местным дефектам древесины.

Нагелями называют стержни или пластинки, препятствующие взаимному сдвигу соединяемых элементов. В нагельном соединении, находящемся под действием внешней на грузки, сам нагель работает на изгиб, а древесина соединяемых элементов под нагелями подвергается смятию. Нагельные соединения, подобно врубкам, относятся к податливым соединениям, так как перед разрушением они испытывают большие деформации (порядка 10...15 мм). Разрушение нагельного соединения может произойти вследствие изгиба нагеля, смятия древесины под нагелем в гнезде, а также растяжения и скалывания поперек волокон между отверстиями. Последнего вида разрушения можно избежать, если назначать расстояние между нагелями не менее минимального, указанного в нормах.

Нагели бывают стальные и деревянные, а по форме цилиндрические и пластинчатые. Цилиндрические нагели представляют собой стержни круглого сплошного или трубчатого сечения. Чаще всего применяются нагели из стали: стержни из арматурной стали (штыри), трубки, болты, гвозди, шурупы и глухари. В конструкциях, которые размещают в агрессивных средах, используют алюминиевые, пластмассовые или дубовые нагели.

Рис. Нагельные соединения: 1 — дубовый нагель;

2 — болт; 3 — пустотелый нагель; 4 — стальной нагель;

5 — гвозди;

6 — пластинчатый нагель;

7— стальная накладка.

Типы нагельных соединений:

б – односрезные, несимметричные;

в – двухсрезные;

г – многосрезные;

в и г – симметричные.

Расчетную несущую способность соединения на цилиндрических нагелях из одного материала и одинакового диаметра следует определять по формуле

R^d = R^1d,min nⁿ n^s,

где R^1d,min — минимальное значение несущей способности одного среза нагеля в соединении;

nⁿ — количество нагелей в соединении;

n^s — количество швов в соединении для одного нагеля.

Особенности конструирования нагельных соединений: не допускаются нагельные сопряжения с одним или нечетным количеством рядов нагелей, так как это исключает размещение нагелей в середине элемента, где чаще всего образуются трещины от усушки; не рекомендуется использовать нагельные соединения с большим числом рядов нагелей (кроме гвоздей), обычно применяют сопряжения с двумя рядами нагелей.

2. Охарактеризуйте бетон как материал для железобетона: опишите структуру, дайте понятие о кубковой прочности, классе по прочности на сжатие, растяжение, марках по морозостойкости, водонепроницаемости, самонапряжению.

Бетон для железобетонных конструкций должен обладать необходимой прочностью, хорошим сцеплением с арматурой, достаточной плотностью для защиты арматуры от коррозии.

Структура бетона представляет собой пространственную решетку из цементного камня, заполненного зернами крупных и мелких заполнителей и пронизанного многочисленными микропорами и капиллярами.

Классификация по структуре:

- плотный бетон (пространство между зернами заполнителя полностью занято затвердевшим вяжущим);

- крупнопористый (с частично заполненным пространством между зернами заполнителя);

- поризованный (с заполнителем и искусственной пористостью затвердевшего вяжущего между зернами заполнителя);

- ячеистый (без заполнителя, с искусственно созданными замкнутыми порами).

Прочность бетона зависит от многих факторов: марки и вида цемента, водоцементного отношения, вида и прочности крупных заполнителей, структуры бетона.

Кубиковая прочность – сопротивление осевому сжатию кубов 15×15×15 см, испытанных через 28 суток после изготовления.

Класс бетона по прочности — количественная величина, характеризующая качество бетона, соответствующая его гарантированной прочности на осевое сжатие, обозначаемая буквой С и числами, выражающими значения нормативного сопротивления и гарантированной прочности в Н/мм² (МПа), например, С¹²/¹⁵ (перед чертой — значение нормативного сопротивления f^ck, Н/мм², после черты — гарантированная прочность бетона f^с,Gcube, Н/мм²).

Класс бетона на осевое растяжение назначают для конструкций, работающих преимущественно на растяжение, для которых он имеет главенствующее значение: резервуары и водонапорные трубы.

Марка бетона по морозостойкости — установленное нормами минимальное число циклов замораживания и оттаивания образцов бетона, испытанных по базовым методам, при которых сохраняются первоначальные физико-механические свойства в нормируемых пределах; обозначается буквой F и числом, выражающим количество циклов (например, F100).

Марка бетона по водонепроницаемости отвечает гарантированному значению давления воды, выдерживаемому бетоном без ее просачивания; обозначается буквой W и числом, соответствующим давлению, в атмосферах (например, W12) и устанавливаемому в соответствии с требованиями стандартов.

Марка бетона по плотности отвечает гарантированному значению объемной массы бетона в кг/м³, обозначается буквой D и числом, выражающим значение объемной массы бетона (например, D2000) и устанавливаемой в соответствии с требованиями стандартов.

Марка напрягающего бетона по самонапряжению представляет собой гарантированное значение предварительного напряжения сжатия в бетоне (самонапряжения, в Н/мм²), создаваемого в результате расширения бетона в условиях внешнего ограничения, обозначается Sp и числом, выражающим значение самонапряжения (например, Sp2,0), определяемого в соответствии с требованиями стандартов.

2. Укажите условия совместной работы арматуры и бетона. Дайте понятия об усадке и ползучести железобетона, влиянии температуры на железобетон. Укажите причины коррозии бетона и перечислите меры защиты от неё.

Железобетон состоит из бетона и стальной арматуры, работающих совместно. Совместная работа бетона и арматуры в железобетонных конструкциях возможна благодаря следующим свойствам:

1. Наличию сцепления (склеивания) между бетоном и поверхностью арматуры, возникающему при твердении бетонной смеси;

2. Сталь и бетон обладают почти одинаковым коэффициентом линейного расширения при t ≤ 100⁰С, что исключает появление внутренних усилий, нарушающих сцепление бетона с арматурой;

3. При достаточном содержании цемента (>250 кг на м³) и необходимой толщине защитного слоя бетон предохраняет заключенную в нем арматуры от коррозии.

Усадка бетона – уменьшение бетона в объеме при постепенном испарении воды из бетона при твердении. Усадка бетона зависит от его возраста и наиболее заметна в первые дни после укладки, впоследствии она постепенно затухает в течение года. Усадку увеличивает излишнее количество цемента и недостаточная влажность окружающей среды, большая площадь поверхности конструкции, с которой испаряется влага.

Ползучесть бетона - свойство бетона увеличивать неупругие деформации при длительном действии нагрузки. Деформации ползучести зависят от влажности среды (в сухой среде - увеличиваются), от В/Ц и количества цемента (с увеличением - растет), от возраста бетона (чем моложе бетон, тем больше ползучесть) и ряда других факторов. Ползучесть бетона в зависимости от вида железобетонных конструкций оказывает как положительное, так и отрицательное влияние на их работу. Деформации ползучести в коротких сжатых железобетонных элементах позволяют полностью использовать прочностные свойства бетона и арматуры. В изгибаемых и гибких сжатых элементах ползучесть приводит к увеличению прогибов и к уменьшению несущей способности конструкций. В предварительно напряженных железобетонных конструкциях ползучесть вызывает потери предварительного натяжения арматуры.

Влияние температуры на железобетон – длительное систематическое воздействие на бетон высоких температур (до 200 °С) может снижать прочность бетона до 30 %. При длительном действии более высоких температур (500...600 °С) и последующем охлаждении бетон может полностью разрушиться. Однако в случае кратковременного действия высоких температур и огня, на пример при пожаре, железобетон может в течение нескольких часов сохранять свою несущую способность.

Причины коррозии бетона. Коррозией железобетона называется разрушение в течение времени конструкций из него под действием агрессивной среды. Развитие коррозии бетона зависит от его плотности, прочности и проницаемости, свойств цемента и агрессивности внешней среды. Коррозия арматуры может происходить одновременно с коррозией бетона и независимо от нее. В результате коррозии арматуры образуется ржавчина, которая может в несколько раз превышать первоначальный объем арматуры и вызывать значительные радиальные давления на бетон. Это приводит к отколу защитного слоя бетона, полному обнажению арматуры и быстрому корродированию ее.

Меры защиты бетона от коррозии - для уменьшения коррозии железобетона применяют плотные бетоны на сульфатостойких и других специальных вяжущих, увеличивают защитный слой бетона, устраивают защитные покрытия поверхности, ограничивают раскрытие трещин, снижают агрессивность среды в процессе эксплуатации, отводя агрессивность воды, улучшая вентиляцию помещений.

2. Укажите область применения и виды железобетонных изгибаемых элементов. Опишите стадии напряженно-деформированного состояния при изгибе. Укажите предпосылки для расчета прямоугольных сечений по нормальным напряжениям.

К изгибаемым железобетонным элементам относятся плиты и балки. Они могут быть самостоятельными или входить в состав сложных конструкций и сооружений, таких, как ребристые перекрытия, элементы каркасов сооружений. Плитами называют плоские конструкции, толщина которых t значительно меньше ширины b и длины 1. Балкой называют линейную конструкцию, у которой размеры поперечного сечения значительно меньше ее длины.

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

2. 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

2. 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