Вопрос №42. Нормативные и расчетные нагрузки. Сочетания нагрузок. Степень ответственности зданий и сооружений.

Под нормативными понимают нагрузки, устанавливаемые нормами по заранее заданной вероятности превышения средних значений или по номинальным значениям.

Нормативные нагрузки от собственного веса конструкции определяют по размерам конструкции в соответствии с плотностью материалов. Временные нормативные равномерно распределенные нагрузки принимают в соответствии с нормами в зависимости от назначения помещений или задают в технологической части проекта.

П од расчетными понимают нагрузки, используемые в расчетах конструкции на прочность и устойчивость. Их получают умножением нормативной нагрузки на коэффициент надежности по нагрузке .

Степень ответственности зданий оценивается размером материального и социального ущерба при их преждевременном разрушении. При проектировании степень ответственности зданий учитывают умножением расчетной нагрузки на коэффициент надежности по назначению, принимаемый в зависимости от класса ответственности зданий:

1. г лавные корпуса ТЭС, АЭС, телевизионные башни, промышленные трубы - .

2. здания промышленного и гражданского строительства, не входящие в первый и третий класс - .

3. ж илые одноэтажные дома, различные склады без процессов сортировки и упаковки, временные здания и сооружения - .

Вопрос №43. Значения предварительных напряжений в бетоне и арматуре. Потери напряжений в напрягаемой арматуре.

Предварительное напряжение имеет ряд преимуществ:

1) имеется возможность сократить расход дорогих сталей до 50% за счет использования стержневой и проволочной арматуры.

2) трещиностойкость предварительно напряженных конструкций в 2…3 раза больше.

3) экономичнее для зданий и сооружений с пролетами, нагрузками и условиями работы при которых использование ненапряженных конструкций технически невозможно или ведет к перерасходу материалов.

4) позволяет расширить использование сборно-монолитных конструкций составного сечения.

Предварительное напряжение необходимо для того, чтобы исключить образование трещин или уменьшить их раскрытие в растянутой зоне ж/б элемента, а также чтобы использовать для армирования высокопрочной арматуры. Рисунок.

Величины предварительных напряжений в бетоне и арматуре.

При незначительной величине предварительных напряжений их влияние может со временем быстро исчезнуть в следствие потерь предварительных напряжений. При чрезмерной величине может произойти местное или полное разрушение элемента. σsp – предварительное напряжение арматуры в Мпа. σsp+Δ σsp<Rs, σsp-Δ σsp>0,3Rs, где Δ σsp – возможное отклонение напряжения и оно применяется при механическом способе натяжения: Δ σsp= 0,05σsp, при термомеханическом: Δ σsp=(3+360/l), где l – длина элемента. Величины напряжений в бетоне ограничиваются при обжатии (диапазон предварительных напряжений от 0,45 – 0,75Rвp – кубиковая прочность бетона к моменту обжатия). Если элемент конструкции от внешних нагрузок работает на сжатие, то диапазон (0,45 – 0,55)Rвp, на растяжение (0,55 – 0,75)Rвp.

Начальное контролируемое напряжение в арматуре при натяжении на упоры или на бетон не остается постоянным, причины – разного рода потери напряжений. Натяжение арматуры на упоры: конец напрягаемой арматуры закрепляется на левом упоре стенда, а другой протаскивается через отверстие правого упора и закрепляется в натяжном устройстве. Производится бетонирование. После набора бетоном прочности, арматура натяжного устройства разрезается и в попытке вернуться в первоначальное положение через анкера обжимает бетон, создается предварительное напряжение. Рисунок. Напряжение арматуры «на бетон»: бетонируется слабо армированный элемент с отверстиями – каналами под напрягаемую арматуру. Через отверстия протаскивается высокопрочная арматура с анкером на одном конце, другой конец закрепляется в домкрате. Домкрат опирается на конец балки, арматура напрягается, зазор между торцом балки и захватным приспособлением домкрата заполняется шайбами. В отверстие заливается цементный раствор. После его схватывания и набора прочности, давление в домкрате сбрасывается и натянутая арматура пытаясь вернуться в первоначальное положение обжимает бетон. Рисунок.

Потери напряжения в напрягаемой арматуре.

1).σ1 – потери от релаксации напряжений в арматуре (уменьшение напряжения при неизменных деформациях), 2).σ2 – потери от температурного перепада, 3).σ3 – потери от деформации анкеров, смятия высаженных головок, смещения стержней, 4).σ4 – потери от трения арматуры о стенки каналов или об поверхность конструкции, или об огибающее приспособление, 5).σ5 – потери от деформации стальных форм, 6).σ6 – потери от быстро натекающей ползучести, 7).σ7 – потери от релаксации напряжений в арматуре при натяжении на бетон, 8).σ8 – потери от усадки и укорочения элемента, 9).σ9 – потери от ползучести бетона, 10).σ10 – потери от смятия бетона под витками спиральной или кольцевой арматуры, 11).σ11 – потери от деформаций обжатия стыков между блоками сборных конструкций.

Контролируемое напряжение.(σcon)

а).при натяжении на упоры: σcon=σsp-σ3-σ4; б).при натяжении на бетон: σcon=σsp-ν*σвp, где ν=Еs/Eв, σвp – напряжения в бетоне с учетом первых потерь. Возможны отклонения от заданного напряжения в арматуре, учитывается в расчетах коэффициентом точности натяжения γsp: γsp=1±Δ γsp, при механическом способе: Δ γsp=0,1. Разрешается принимать Δ γsp=0, при расчете потерь предварительного напряжения арматуры, в расчетах по раскрытию трещин и на перемещение. Начальные предварительные напряжения уменьшаются, различают первые потери, происходящие в арматуре при изготовлении элемента и обжатии бетона и вторые потери, происходящие после обжатия бетона. При натяжении на упоры: σlos1=σ1+σ2+σ3+σ4+σ5+σ6 (первые потери), σlos2=σ7+σ8 (вторые потери). Суммарные потери: σlos= σlos1+ σlos2, как правило >=100 Мпа, могут доходить до 30% от σsp. Первые потери (при натяжении на упоры): 1.σ1=(0,22*(σsp/Rsn)-0,1)*σsp, Rsn – нормальное сопротивление арматуры, σsp – предварительное напряжение арматуры. 2.σ2=1,25Δt, где Δt – температурный перепад между температурой арматуры и упоров стенда. Рисунок. Δt=90-20=70ºС. Если данные по Δt неизвестны, то Δt=65ºС. 3.σ3=(λ/l)*Еs (на упоры), σ3=(( λ1+ λ2)/l)*Еs(на бетон), где λ, λ1, λ2 – деформации обжатия, λ=2мм при обжатии опрессованных шайб или высаженных головок, l – длина натягиваемого стержня. …4.σ6 – величина зависит от условий твердения, уровня напряжений, проектного класса бетона. Потери развиваются при обжатии и в первые 2-3 часа после обжатия. σ6=40*(σвр/Rвр), если σвр/Rвр<=α, σ6=40*α+90*β*((σвр/Rвр)-α), если σвр/Rвр>α. Где α, β – коэффициенты принимаемые при передаточной прочности бетона Rвр, Rвр=30 и более, α =0,75, β=1,25. … Rвр<=15, α =0,6, β=2,5. σвр – напряжение обжатия в бетоне на уровне центра тяжести всей напрягаемой арматуры от действия усилия предварительного обжатия Р с учетом σ1,2,3,4,5…При тепловой обработке и атмосферном давлении умножают на 0,85.

Напряжения в ненапрягаемой арматуре. Рисунок. Ненапрягаемая арматура и сжатый арматурой бетон деформируются совместно. В ненапрягаемой арматуре возникают начальные сжимающие напряжения. 1.при обжатии бетона σs=σ6, 2.при загружении элемента σs= σ6+σ8+σ9, σs'=σ8.

Вопрос №44. Методы расчета железобетонных конструкций. Основные положения расчета в методе расчета по предельным состояниям. Группы предельных состояний. Категории требований трещиностойкости железобетонных конструкций.

1) Метод расчета по допускаемым напряжениям.

2) Метод расчета по разрушающим усилиям

3) Расчет по предельным состояниям первой группы выполняют, чтобы предотвратить следующие явления: хрупкое, вязкое пли иного характера разрушение, потерю устойчивости формы конструкции (расчет на устойчивость тонкостенных конструкций и т.п.), или её положения (расчет на опрокидывание и скольжение подпорных стен, внецентренно нагруженных высоких фундаментов.

4)Расчет по предельным состояниям второй группы вы­полняют, чтобы предотвратить следующие явления: образование чрезмерного и продолжительного раскры­тия трещин (если по условиям эксплуатации они допу­стимы); чрезмерные перемещения (прогибы, углы поворота, углы перекоса и амплитуды колебаний). Расчет по предельным состояниям конструкции в це­лом, а также отдельных ее элементов или частей выпол­няют для всех этапов: изготовления, транспортирования, монтажа и эксплуатации. При этом расчетные схемы должны отвечать принятым конструктивным решениям и каждому из перечисленных этапов.

Трещиностоикостью железобетонной конструкции на­зывают ее сопротивление образованию трещин в стадии напряженно-деформированного состояния или сопротивление раскрытию трещин в стадии 11 напряженно-деформированного состояния.

К трещиностойкости железобетонной конструкции или ее частей при расчете предъявляют различные тре­бования в зависимости от вида применяемой арматуры. Эти требования относятся к появлению и раскрытию нор­мальных и наклонных к продольной оси элемента тре­щин подразделяются на три категории:

первая категория — не допускается образование тре­щин;

вторая категория — допускается ограниченное по ши­рине непродолжительное раскрытие трещин при условии их последующего надежного закрытия (зажатия);

третья категория — допускается ограниченное по ши­рине непродолжительное и продолжительное раскрытие трещин.

Вопрос №45. Расчет прочности по нормальным сечениям изгибаемых элементов прямоугольного сечения с одиночной арматурой.

Для прямоугольных сечений с одиночной арматурой расчетные формулы имеют следующий вид:

При относительно оси, проход через центр тяжести бетона сжатой зоны сечения:

.

Основные уравнения прочности прямоугольных сечений изгибаемых элементов справедливы при высоте сжатой зоны меньше граничной высоты , то есть когда соблюдается условие , где определяется по выражению:

, где

Вопрос №46. Расчеты прочности по наклонным сечениям изгибаемых элементов прямоугольного сечения с одиночной арматурой.

Трещиност-ть наклонных сечений элем-ов проверяют в зоне действия главных растяг-х на­пряж. По длине элем-та такую проверку вып-­ют в неск-ких местах в f от изменения фор­мы сечения, эпюры поперечных сил и изгиб-х момен­тов; по высоте сечения — в центре тяжести приведенного сеч-я и в месте резкого изменения ширины или при­мыкания сжатых полок к ребру таврового сечения.В расчетах на трещиност-ть следует приним по внимание не только глав растягив-е, но и главные сжим-е напряж-я. Как показали испытания бет-х образцов, при 2-осном НС сжатие в 1 из напр-й с↓ спо­собность бет сопротивл-ся растяж-ю в др направл-и.

Трещиност-ть накл-го сеч-я м. счи­таться обеспеченной, если главные растягив-е на­пряж-я удовлетворяют эмпирическому условию σ_mt≤γ_b4*R_btser , где γ_b4- коэф-т опред-ый по эмпер. Формуле. Главные растягивающие и главные сжимающ на­пряж-я

где σ_x — нормальное напряж-е в бетоне от действия внешней на­грузки и усилия предварит-го обжатия Р; σ_у — сжимающее на­пряж-е в бетоне на площадках, ║-х продольной оси эле­м-та, от местного действия опорных реакций, сосредоточенных сил, распред-ой нагрузки, а также от усилия предварит-го обжа­тия поперечной арм-рой;τ_xy— касат-е напряж-я в бетоне от внешней нагр и усилия предварит-го обжатия отогнутой армат-й.

Напряжения σ_x и σ_у подставляют в формулу со знаком «+» при растяжении и со знаком «-» при сжатии. Нормальное и касат-е напряж-я определяют в предположении упругой работы бетона.

Вопрос №47. Расчет по образованию трещин центрально-растянутых элем-ов.

Проверяется условие, согласно кот трещины в сеч-ях ┴ прод оси элем-та не образ-ся. N≤Ncrc. N-растягив-е усилие от нормативных внешних нагрузок. Ncrc – внутр прод усилие в сечении перед образованием трещин, кот опр-ют по напряжениям, возникающим в мат-лах перед образованием трещин. Ncrc=Rbt,ser(A+2ν *As)+P; A – площадь сеч элем-та, Аs-площадь напр и н/напр арм, Р-усилие предв обжатия в случ, если элем-т является ненапряженым. ν =Es/Eb

Вопрос №48 Расчеты жесткости и перемещений изгибаемых элементов при отсутствии трещин в растянутой зоне сечения элемента.

Считается, что элементы или участки элем-ов не имеют трещин в раст зоне if при const, длит-х и кратко t,c нагр-х с коэф-ом надежности γf=1 трещины не образуются. Расчет кривизны 1/r=φ*M/B; φ- коэф-т учит-ий с↓ жесткости при действии длит нагрузки под влиянием ползучести бет сжатой зоны. В=0.85E_b*J_red

J_red - мом-т инерции привед сечения; 0,85- коэф учит-ий с↓ жесткости под влиянием неупругих деф-ий бет растянутой зоны. Усилие предварит-го обжатия создает выгиб в эт случае 1/r опр-ют также, но M=P*e_op.

Пргиб опр-ют по жесткости привед сечения В с учетом изм-я коэф-та ψ при длит-но действующей нагрузке. f=f_sh,t+f_l,t - f_cp - f_csc

f_sh,t-от кратковременной нагрузки; f_l,t –от длительной и const нагрузки, f_cp – выгиб от кратковременного действия усилия предв-го обжатия Р; f_csc – выгиб вследствие ползучести бет от предварит-го обжатия. f_cp=P*e₀*L²/8B ; f_csc=L²/r_csc*8, где 1/r_csc –кривизна.