34. Изгибаемые ж б элементы.
При изгибе любого элемента в нём возникает сжатая и растянутая зоны (см. рисунок), изгибающий момент и поперечная сила. Изгибаемые железобетонные элементы, как правило, рассчитывают по прочности следующих видов сечений:
по нормальным сечениям — сечениям, перпендикулярным продольной оси, от действия изгибающего момента,
по наклонным сечениям — при действия поперечных сил (срез или раздавливание сжатой зоны бетона), по наклонной полосе между наклонными сечениями (трещинами), от действия момента в наклонном сечении.
В типичном случае армирование балки выполняется продольной и поперечной арматурой (см. рисунок).
Изгиб и армирование железобетонной балки
Элементы конструкции:
Верхняя (сжатая) арматура
Нижняя (растянутая) арматура
Поперечная арматура
Распределительная арматура
Верхняя арматура может быть растянутой, а нижняя сжатой, если внешняя сила будет действовать в противоположенном направлении.
Основные параметры конструкции:
L — пролёт балки или плиты, расстояние между двумя опорами. Обычно составляет от 3 до 25 метров
H — высота сечения. С увеличением высоты прочность балки растёт пропорционально H²
B — ширина сечения
a — защитный слой бетона. Служит для защиты арматуры от воздействия внешней среды
s — шаг поперечной арматуры.
Арматура (2), устанавливаемая в растянутую зону, служит для упрочнения железобетонного элемента, бетон в которой в силу своих свойств быстро разрушается при растяжении. Арматура (1) в сжатую зону устанавливается обычно без расчёта (из необходимости приварить к ней поперечную арматуру), в редких случаях верхняя арматура упрочняет сжатую зону бетона. Растянутая арматура и сжатая зона бетона (и иногда сжатая арматура) обеспечивают прочность элемента по нормальным сечениям (см. рисунок).
Разрушение ж/б элемента по нормальным сечениям
Поперечная арматура (3) служит для обеспечения прочности наклонных или пространственных сечений (см. рисунок).
Разрушение ж/б элемента по наклонным сечениям (схема)
Распределительная арматура (4) имеет конструктивное назначение. При бетонировании она связывает арматуру в каркас.
Разрушение элемента в обоих случаях наступает вследствие разрушения бетона растягивающими напряжениями. Арматура устанавливается в направлении действия растягивающих напряжений для упрочнения элемента.
Небольшие по высоте балки и плиты (до 150 мм) допускается проектировать без установки верхней и поперечной арматуры.
Плиты армируются по такому же принципу как и балки, только ширина B в случае плиты значительно превышает высоту H, продольных стержней (1 и 2) больше, они равномерно распределены по всей ширине сечения.
Кроме расчёта на прочность для балок и плит выполняется расчёт на жёсткость (нормируется прогиб в середине пролета при действии нагрузки) и трещиностойкость (нормируется ширина раскрытия трещин в растянутой зоне).
35.Размещение рабочей арматуры в изгибаемых элементах (балках и плитах)
В железобетонных изгибаемых изделиях рабочая растянутая арматура располагается всегда со стороны растянутых волокон, следуя за эпюрой изгибающих моментов.
В однопролетной свободно опертой плите, загруженной равномерно распределенной нагрузкой, эпюра изгибающих моментов однозначна и вызывает растяжение внизу, поэтому вся рабочая арматура располагается в нижней растянутой зоне конструкции. В такой же плите, но с заделкой на опорах, эпюра двузначная; на опорах растянутая зона расположена вверху, а в пролете внизу; соответствующим образом располагается и рабочая арматура в такой плите.
Когда железобетонная плита имеет несколько опор, являясь многопролетной неразрезной, эпюра изгибающих моментов при равномерно распределенной нагрузке в пролетах имеет положительное значение, а на опорах отрицательное, соответственно растянутые зоны в пролетах расположены внизу, а на опорах наверху; характер эпюры моментов диктует и расположение рабочей арматуры такой конструкции ЖБИ.
Если конструкция консольной железобетонной плиты, у которой эпюра изгибающих моментов однозначна и вызывает растяжение на всем ее протяжении вверху, то рабочая арматура, следуя за эпюрой моментов, расположена вверху железобетонной плиты.
Плиты являются простейшими железобетонными изделиями и в сочетании с железобетонными балками образуют структуру железобетонных перекрытий, и других более сложных составных частей строений.
Балки являются несущими элементами для железобетонных плит и служат их опорами: они являются основой железобетонных перекрытий, образуя систему пересекающихся балок, которая носит название балочной клетки.
Действующая напряженная арматура балок располагается в растянутой зоне, следуя в основном за эпюрой изгибающих моментов, но в балках, имеющих многопролетную структуру это может быть реализовано только частично, поскольку конструктивно часть растянутых стержней доводят до опор и они, заходя за границы эпюры моментов, являются в этих местах сжатой арматурой, так как попадают в сжатую зону балок. В балках, наряду с продольной рабочей растянутой арматурой, имеется поперечная арматура, в виде вертикальных (поперечных) стержней — при армировании сварными каркасами или в виде хомутов — при армировании отдельными стержнями.
Растянутую и сжатую зоны изгибаемой железобетонной конструкции связывают между собой поперечные вертикальные стержни или хомуты. Эти элементы железобетонной конструкции воспринимают скалывающие и главные растягивающие напряжения.
При наличии железобетонной плиты, покоящейся на балках балочной клетки, она монолитно соединяется с балками, образуя в поперечном сечении тавровый профиль.
Сборные железобетонные плиты выполняют обычно непосредственно опирающихся своими несущими бортовыми ребрами на главные балки, которые изготовляют двутавровыми, прямоугольными и тавровыми, облегченными с пустотами или в виде ребристых панелей.