40. Проектирование сжатых элементов. Расчет, армирование:
К сжатым элементам относят:
колонны; верхние пояса ферм, загруженные по узлам, восходящие раскосы и стойки решетки ферм; элементы оболочек; элементы фундамента и некоторые другие конструктивные элементы.
Железобетонные колонны бывают как сборные, так и монолитные. По армированию они подразделяются на 3 типа:
1.с гибкой продольной арматурой и поперечными стержнями; 2.с гибкой продольной арматурой и косвенной арматурой в виде спиралей или сварных колец;3.с несущей арматурой.
Форма поперечного сечения колонн бывает преимущественно квадратная и прямоугольная. Для уменьшения веса колонн их могут делать двутавровыми и полыми (трубчатого и коробчатого сечений). При спиральном армировании колонны бывают круглые или многоугольные. При расчете центрально-сжатых элементов по расчетным предельным состояниям условие прочности сечений колонн заключается в том, чтобы продольная сила от расчетных нагрузок не превосходила суммы внутренних расчетных усилий в бетоне и арматуре, т.е. N ≤ Rb*Ab + Rsc*(As+ As ׳).
где N – расчетное усилие; Rb- расчетное сопротивление бетона осевому сжатию; Rsc - расчетное сопротивление арматуры при сжатии; Ab- площадь бетона;
As, As ׳площадь растянутой и сжатой арматуры соответственно.
Для продольного армирования используют, стали класса A-III диаметрами от 12 до 40мм. Продольная арматура существенно влияет на несущую способность колонн; она называется рабочей арматурой.
Насыщение поперечного сечения колонн продольной арматурой оценивается коэффициентом μ – коэффициентом армирования:
μ min =1%, μ max =3%,
Оптимальное значение.
μ =1÷1.5%, В поперечном сечении рабочие стержни размещают по периметру, у поверхности элемента, с соблюдением минимальной величины защитного слоя.
Количество стержней принимают не менее 4.
Расстояние в свету между стержнями принимают в зависимости от способа изготовления: при вертикальном бетонировании в монолитных колоннах оно должно быть не менее 5 см; при горизонтальном бетонировании в сборных конструкциях оно может быть уменьшено до 2,5 см для нижней арматуры и до 3 см для верхней. В сжатых элементах расстояние между стержнями в плоскости действия изгибающих моментов не более 500мм, ; из плоскости действия изгибающих моментов – не более 400мм,
Поперечные стержни ставят без расчета, но с соблюдением требований норм. Расстояние между ними (по условию обеспечения продольных стержней от бокового выпучивания при сжатии) s должно быть при сварных каркасах не более 20d, при вязаных – 15d, но не более 500 мм (где d – наименьший диаметр продольных сжатых стержней). Шаг s округляют до размеров, кратных 50 мм.
Сжатые элементы армируют сварными каркасами или отдельными продольными стержнями и хомутами Плоские сварные каркасы посредством сварки объединяют в пространственные. Отдельные стержни и хомуты соединяют вязальной проволокой в вязаные каркасы.
39. Расчет наклонных сечений на действие поперечной силы:
Q-q*c= Qb+Qsw+Qsinc
В реальных конструкциях нагрузка q в пределах наклонной трещины может отсутствовать. Поэтому нормы предписывают учитывать уменьшение поперечной силы за счет нагрузки q, расположенной в пределах наклонного сечения лишь в тех случаях, когда нагрузка q является, безусловно действующей (например, давление грунта или воды). Технологически отгибы устанавливать сложно, поэтому их применяют крайне редко. Таким образом, расчет наклонных сечений рассмотрим при условии, что
A sinc =0. Исходя из выше написанного, получаем: Q= Qb+Qsw
По СНиП 2.03.01-84* попереч. усилие, воспринимаемое бетоном, равно Qb= ( φ b2 *( 1+φ f + φ n)*Rbt*b*h2 0)/ c; где φ b2 - коэффициент, учитывающий тип бетона (для тяжелого бетона φ b2 =2); φ f - коэффициент, учитывающий влияние сжатых полок в тавровых и двутавровых элементах, т.е. свесы: φ f = 0.75* ((b׳ f - b)* h ׳ f )/(b* h 0) ≤ 0.5 ; b׳ f ≤ b+3* h ׳ f ); φ n - коэффициент, учитывающий влияние продольных сил. При этом должно соблюдаться условие, что (1+φf+φn)≤ 1.5.
Таким образом, можно записать следующее: Qb= Mb/c; Поперечное усилие в хомутах определяют как: Qsw = ∑ Rsw *Aswi ; n - количество поперечных стержней, которые пересекает опасная наклонная трещина в опасном наклонном сечении. Но так как Qsw - величина дискретная,
а Qb - непрерывная функция, то в расчетах используют интенсивность q sw .
Таким образом, получаем
Qsw = q sw . * s При действии усилий на проекции наклонной трещины с: Qsw = q sw . * c
Тогда Q=Mb/c + q sw . * c. Длина проекции расчетного опасного сечения устанавливается из условия: dQ/dc = 0 . тогда -
- Mb/ c 2 0 + q sw . =0 Тогда проекция наклонного сечения, опасного по несущей способности:
c 2 0 = Mb / q sw . c 0 = √ Mb / q sw
Рассмотрим случай, когда c= c 0 . Тогда формула преобразуется в следующее выражение:
Q = Mb / (√Mb / q sw ) + q sw * (√Mb / q sw ) = 2* (√Mb / q sw ) . т.е.
Q 2 = 4*Mb *q sw ;
Q ≤ 2* (√Mb / q sw ); – несущая способность наклонного сечения qsw, mp = Q 2 /4*M*b = Q 2 /4*= Q 2 /(4* φ b2 *( 1+φ f + φ n)* Rbt* b* h2 0);
Алгоритм решения: 1.проверка прочности по наклонным сечениям от разрушения между наклонными трещинами: Qmax ≤ 0.3* φ fw1* φ b1 *Rb*b* h0; 2.проверка необходимости в установке поперечных стержней (хомутов) по расчету: Qmax ≤ 2.5* Rbt * b* h0 если условие выполняется, то бетон сопротивляется внешней нагрузке без помощи хомутов; если условие не выполняется, необходимо установить по расчету поперечную арматуру; 3.находим шаг стержней исходя из условия, что s ≤ (s max конст ); (s max) (s max конст )– максимальный шаг стержней по конструктивным требованиям; (s max) – наибольшее значение проекции наклонной трещины на продольную ось элемента в случае, если наклонная трещина проходит между смежными поперечными стержнями и вся поперечная сила воспринимается лишь бетоном c=s ; Q=Qb ;
Qb = ( φ b2 *( 1+φ f + φ n)*Rbt*b*h2 0)/ c; s max = φ b4 *( 1+φ n )*Rbt*b* h2 0/Q; 4.определяем Мb; 5.определяем qsw, mp ; 6.подбираем диаметр и количество стержней фактической поперечной арматуры A sw mp ≈ A sw ф , где Rsw* A sw mp = q sw mp * s;
A sw mp = q sw mp *s/ Rsw. 7.находим Q расч = Q-q*c
8.проверяем
прочность наклонного сечения
30. Стадии деформирования предварительно напряженного элемента при центральном растяжении. В условиях центрального растяжения находятся такие элементы, как нижний пояс фермы, напорные трубопроводы, стенки цилиндрических резервуаров и др. В центрально растянутых элементах используется натяжение, как на бетон, так и на упоры и применяются все виды армирования: непрерывное, проволочное, прядями, пучками, стержнями. Как и обычные железобетонные элементы, предварительно напряженные центрально растянутые элементы при растяжении испытывают III стадии НДС: стадия I – до появления трещин в бетоне, стадия II – после появления трещин, стадия III – стадия разрушения. При испытании предварительно напряженных элементов трещины наблюдаются незадолго перед разрушением, и интервал между Ncrc в стадии II и Nu в стадии III во много раз меньше, чем в обычном железобетонном элементе. Стадии деформирования при натяжении арматуры на упоры.
Сначала арматуру укладывают в форму (состояние 1) и натягивают на величину начального контролируемого напряжения σ con1 (состояние 2). Затем элемент бетонируют и выдерживают в форме до приобретения бетоном необходимой прочности; в это время вследствие релаксации стали, и податливости зажимов начальное напряжение в арматуре падает (состояние 3). При освобождении с упоров арматура стремится восстановить свою первоначальную длину и благодаря сцеплению с бетоном, сокращаясь, обжимает бетон; при этом происходит падение напряжения в арматуре (состояние 4).
Вследствие усадки и ползучести бетона происходят последующие потери напряжений арматуры и соответствующие им потери напряжений в бетоне (состояние 5). Установившееся напряжение в арматуре до загружения элемента с учетом полных потерь равно:
σ sp - σ I - σ II – α * (P/ A red)
После загружения постепенно возрастающей нагрузкой предварительное обжатие бетона погашается (состояние 6), и при напряжении бетона, равном нулю, напряжение арматуры равно σ sp - σ I - σ II . Последняя составляющая получилась из условия совместности арматуры и бетона, т.е.
Для состояния Iа НДС ν =0.5 , т.е. σb/0.5*Eb= σs /Es ; σs = εbtu * Es= (Rbt/0.5*Eb)* Es= 2*α * Rbt
Напряжение в напрягаемой арматуре перед образованием трещин равно σsp – σI – σII +2*α * Rbt (состояние 7). Следовательно, по сравнению с обычным железобетоном напряжение в арматуре увеличилось на
σsp – σI – σII +2*α * Rbt Этим и обуславливается значительно более высокая трещиностойкость. После образования трещин в бетоне (стадия II НДС) в сечении с трещиной все усилие воспринимается арматурой, и по мере увеличения нагрузки трещины раскрываются. При дальнейшем увеличении нагрузки напряжение арматуры доходит до предельного (состояние 8), наступают разрыв арматуры и разрушение (стадия III НДС). Следовательно, преднапряжение повышает жесткость и трещиностойкость, а на несущую способность влияния не оказывает.
Стадии деформирования при натяжении арматуры на бетон.
Последовательность напряженных состояний аналогичная. Отличие заключается только в период изготовления – до загружения элемента нагрузкой; оно заключается в том, что, согласно нормам, величина контролируемого напряжения арматуры для сечения, по которому назначено σcon1 , определяется с учетом обжатия, т.е. σsp – α* (P/ Ared).
Тогда с учетом первичных потерь в конце обжатия бетона напряжение в арматуре равно
σsp – σI - α* (P/ Ared).
№ 1 Краткие исторические сведения о применение Ж\Б в строительстве. 1825г. появился бетон, русс. Инженер Челишев. Железобетон является основной современного капитального строительства. Массовое применение имеют сборные ж/б конструкции, которые не только отвечают требованиям индустриализации стр-ва, но и позволяют улучшать качество конструкций при полной заводской готовности; монтировать здания круглый год, снижать трудоемкость и стоимость их возведения. ЗА короткий срок в СССР была создана отрасль строительной индустрии производство заводского Ж/б
. Понтьен запонте-вал изготов бетона и метод армирования; В 1850 постройка дома из Ж/Б; Дениби - плиты, своды; В 1891 в россии публич. испытания: Лавей, Красов, Абрамов. 1931 бетон упругий и пластичный.
№ 2,3 Сущность Ж\Б. достоинства и недостатки основные преимущества как композиционного материала. Ж/Б представляет собой комплексный строительный материал, состоящий из бетона и стальных стержней, работающих в конструкции совместно в результате сил смещения. Область применения этого материала практически не ограничена. Бетон хорошо сопротивляется сжатию и слабее растяжению (10-20 раз), а стальные стержни имеют высокую прочность, как при растяжении, так и при сжатии. Основной идея создания ж/б состоит в том, что бы рационально использовать лучшие свойства составляющих из материалов при совместной работе. Поэтому стальные стержни располагают так, чтобы возникающие в ж/б элементные растягивающие усилия воспринимались в большей степени арматурой. Достоинства: долговечность, огнестойкость, высокая прочность и жесткость, плотность, стойкость против коррозии, высокая сопротивляемость статистическим и динамическим нагрузкам, малые эксплуатационные расходы. Недостатки: повышенная звукоизоляция, повышенная теплоизоляция, сложность работ в зимний период, относительно большая масса, возможность появления трещин.
Физико-механические свойства бетона. Физ. свойства бетона: вес-плотность; аккуст-кие; водонепроницаемость; теплоустойчивость; усадка и расширение; стойкость к t°; Мех. свойства : упругость, пластичность, вязкость, твердость, износостойкость; ползучесть, релаксация; Бетон - капиллярно пористый материал (твердый, газообраз, жидкий) Характеристика прочности бетона: Кубиковая прочность - баз 150мм. Rb =(0,77-0,001R)r - призменная прочность на сжатие. Rbt - на растяжение.
Состав бетона как композиционного материала. процесс образования.
Бетон – композиционный материал, состоящий из трех компонентов: заполнитель (щебень, гравий, песок, пемза), вяжущие, вода
Заполнители не должны содержать глинистых гумусовых поливатых частиц.
По структуре
крупнопористые – беспесчаные, малопесчаные
поризованые – исскуственная пористость
плотные
По плотности
особо тяжелые (вес 2500кг/м3)- чугунная дробь, гранит и др.
тяжелые (вес 2000-2500кг/м3)- несущие конструкции
облегченные(2000кг/м3)
легкие (вес 500-1800кг/м3)- утеплители
По зерновому составу: крупнозернистая, мелкозернистая
Вяжущее – цемент, известь, гипс и смешанные вяжущее
Цемент: портландцемент, глиноземистый, пуцелановый цемент портландцемент.
Вода должна быть чистой без примесей.
Изготовление бетона: 1) заполнитель тщательно перемешивают и цемент 2) полученную смесь затворяют водой и происходит хим. реакция между частицами цемента и воды. 3) полученную смесь обваливают зернозаполнителем и начинается затвердение. Более активные вступают в реакцию сразу, менее акт. Находятся во взвещанном состоянии и вступают в реакц. Позже. Есть соед. В виде кристаллов. Условия твердения: 1) обычные (t°=15-25°С; влажность 90-100%) 2) автоклавная (при высоком давлении) (еще в 3 билете).
№ 5 Классификация бетона. Прочностные и качественные характеристики.
Бетон классифицируется:
1)Класс по прочности на осевое сжатие В - это кубиковая прочность выраженная в мегапаскалях с обеспеченностью 0,95. 2)Классу по прочности на осевое растяжение Вt 3)Марка по морозостойкости F (50-500) - кол-во оттаивания и размораживания в увлажненном состоянии.4)Марка по водонепроницаемости W (2-12 кг/см2) - это давление воды в кг/см2 при котором не происходит просачивание воды.
5)Марка по средней плотности D (1000, 1600 и т.д.) 6)Марка по самонапряжению (2-6) расширяющийся, самый дорогой. Основная характеристика - это кубиковая прочность. Прочность бетона контролируется путем испытания образцов (кубы, призмы, цилиндры) как на сжатие, так и на растяжение.
Несмотря на то, что призменная прочность дает точные результаты, в виду дороговизны проводят испытания кубов. Кубиковая прочность приводится к призменной по формуле: Rb = (0,77-0,001R)R Кубиковая прочность - это временное сопротивление сжатию бетона для базового куба с размерами 150мм в возрасте 28 дней. Призменная прочность - это временное сопротивление сжатию бетонных призм с размерами 150*150*600мм. Она применяется в расчетах.
№ 21 Стадии НДС при изгибе.