Изгибаемые железобетонные элементы. Общие сведения о конструкции изгибаемых элементов.
К изгибаемым элементам относятся балки и плиты. Эти конструкции составляют значительную часть элементов зданий и сооружений (балки перекрытий и покрытий, фундаментные балки, подкрановые балки, перемычки, ригели железобетонных рам, плиты перекрытий и покрытий, конструкции переходов, мостов, галерей и т.д.)
Плитой (рис.17) называется конструкция, имеющая малую толщину (hп) по сравнению с пролетом (lп) и шириной сечения (bп).
Балка – это конструкция, у которой размеры поперечного сечения (bхh) значительно меньше ее длины (l) (рис.18).
Плиты и балки могут использоваться как самостоятельные элементы или в сочетании друг с другом в единой конструкции.
Как балки, так и плиты могут быть однопролетными и многопролетными (неразрезными) (рис. 21).
Конструирование плит.
Плиты армируют преимущественно сварными сетками из стержней, расположенных в двух взаимноперпендикулярных направлениях.
Толщина железобетонных плит принимается обычно кратной десяти миллиметрам и может составлять 60÷100 миллиметров и более. В сборных панелях перекрытий и в монолитных ребристых перекрытиях плиты (полки) имеют значительно меньшую толщину (кратно 5 мм) и составляют 25÷40мм.
Диаметр стержней в сетках назначается 3-10мм, шаг 100-300мм. Интенсивность рабочей арматуры назначается больше, чем интенсивность монтажной (распределительной арматуры).
Конструирование балок.
Поперечное сечение балки может иметь формы: прямоугольное, тавровое, двутавровое, трапециевидное.
Арматура балок объединяется в сварные каркасы.
Рабочую арматуру ставят по расчету, диаметр рабочих стержней назначается по сортаменту (рекомендуется 12-32мм). Поперечную арматуру также ставят по расчету, соблюдая необходимые конструктивные (по сварке стержней) требования.
Диаметр монтажных стержней рекомендуется назначать на 2-4мм больше диаметра поперечных стержней.
Наиболее распространенными сечениями балок являются прямоугольные и тавровые.
Рекомендуется придерживаться следующих соотношений размеров:
- высоту балок (h) рекомендуется назначать в диапазоне 1/8…1/20l кратно 5 см при h≤60см, кратно 10 см – при h>60см;
- ширину сечения балки (b) рекомендуется назначать кратно 5 см в диапазоне b=0,25…0,5h.
При ширине сечения b≤15см устанавливается один или два каркаса, при b>15см – два и более каркасов.
Выбор классов бетона и арматуры.
Для плит и балок без предварительного напряжения рекомендуется принимать бетон классов В15-В30.
Арматуру стержневую принимают:
- рабочую арматуру, классов:
- продольную – А300 (АII ); А400 (АIII ); А500 (АIV )
- поперечную – А240 (АI); А300 (АII); В500 (ВрI).
- монтажную классов: – А300 (АII); А400 (АIII); В500 (ВрI).
Сетки выполняют из проволоки В500 (ВрI) и стержневой арматуры А400 (АIII). (только?)
13.Стадии напряженно-деформированного состояния в элементе без предварительного напряжения.
Рассматриваются на примере изгибаемого элемента.
По мере увеличения нагрузки напряжения в элементе возрастают.
Рассмотрим стадии напряженного состояния по нормальному сечению от начала загружения до разрушения элемента.
Стадия I (рис. 30)
При начальной (малой) нагрузке в бетоне возникают напряжения σb и σbt и деформации в основном упругие. В арматуре S деформации в силу ее сцепления с бетоном равны деформациям бетона.
Стадия I-а (рис. 31)
По мере увеличения нагрузки напряжения в бетоне и арматуре увеличиваются. Напряжения в сжатой зоне еще незначительны по сравнению с предельными, но уже начинается развитие пластических деформаций и эпюра искривляется.
В бетоне растянутой зоны напряжения приближаются к предельным, пластические деформации получают значительное развитие, и эпюра резко искривляется.
Когда напряжения в растянутом бетоне достигают Rbt - (временного сопротивления), в бетоне образуются трещины. Стадия I-а положена в основу расчета изгибаемых элементов по образованию трещин.
Стадия II (рис. 32)
Переход от стадии I-а, когда достигается σbt= Rbt, характеризуется увеличением напряжения в сжатом бетоне, в растянутой арматуре и развитием трещинообразования с постепенным выключением из работы элемента растянутого бетона.
По длине элемента все растягивающие напряжения в сечениях с трещиной воспринимаются только растянутой арматурой. На участках между трещинами, поскольку сцепление арматуры с бетоном не нарушено, на растяжение работает и арматура и бетон. Это создает переменные напряжения, как в бетоне так и в арматуре по длине элемента, а деформации бетона сжатой зоны над трещиной несколько больше, чем между трещинами. Положение нейтральной оси переменно (рис. 33).
Неравномерность напряжений и деформаций в бетоне и арматуре оценивается экспериментальными коэффициентами ψs и ψb.
|
(24) |
;Значение коэффициента ψs находится в пределах от 0,4 до 1.
|
(25) |
;Значение коэффициента ψb находится в пределах от 0,75 до 1.
Стадия II принимается за исходную для расчета деформаций изгибаемых элементов (прогибов, углов поворота) и ширины раскрытия трещин. Она соответствует эксплуатационному состоянию элементов при загружении их полной нормативной нагрузкой.
Стадия III – стадия разрушения. Она положена в основу расчета конструкций по несущей способности (1-я группа предельных состояний).
Характер разрушения зависит от степени армирования сечения.
Случай 1-й – нормально армированное сечение (рис. 34).
Разрушение начинается с растянутой зоны, где σs достигает значения Rs .
В силу больших деформаций арматуры происходит поворот частей балки вокруг пластического шарнира (трещины) и сжатая зона разрушается.
Случай 2-й – Переармированное сечение (рис.35).
Разрушение в данном случае начинается со сжатой зоны, где σb достигает значения Rb . При этом σs не достигает Rs, но в силу раздавливания бетона, арматура хрупко разрывается.
Расчетные эпюры напряжения.
