Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
ZhBK_moi.docx
Скачиваний:
1
Добавлен:
01.04.2025
Размер:
1.62 Mб
Скачать

1. Создание предварительного напряжения в железобетоне радикальное средство по использованию высокопрочной арматуры. Какое влияние оказывает предварительное напряжение арматуры на прочность железобетонных конструкций?

В процессе изготовления конструкций путём натяжения арматуры создаются начальные сжимающие напряжения. В бетоне эти напряжения создаются там, где в последующем будут зоны растяжения.

Предварительное напряжение позволяет:

  1. отдалить момент трещинообразования

  2. повысить жёсткость, уменьшить деформации

  3. применять высокопрочную арматуру, что позволяет экономить металл.

Значения предварительного напряжения sp в арматуре, расположенные в раст. и сжатой зонах, от действия внешней нагрузки установлены нормами с учётом предельных отклонений так, чтобы для стержневой и проволочной арматуры выполнялись условия:

sp+р  Rsn , sp- р 0.3 Rsn

p=0.05 sp - при механическом способе натяжения

р=30+360/L - при электротермическом способе

Арматуру натягивают до значений начальных контролируемых напряжений con,  con. Обычно принимают con= con (рис. состояние 1)

После бетонирования и твердения в процессе тепловой обработки происходят первые потери предварительных напряжений.

Затем при освобождении с упоров форм и отпуске натяжения арматуры благодаря сцеплению материалов создаётся обжатие бетона, предварительные напряжения в ар-ре в результате быстронатекающей ползучести и упругого обжатия бетона уменьшаются. (рис. состояние 2)

При этом вследствие несимметричного армирования Аsp  А sp sp-площадь сечения напрягаемой ар-ры)и внецентренного обжатия элемент получает выгиб, затем происходят 2ые потери напряжений ар-ры. После загружения внешней нагрузкой погашаются напряжения обжатия в бетоне. При увеличении нагрузки в растянутой зоне возникают трещины.

Напрягаемая ар-ра площадью сечения А sp, расположенной в сжатой зоне, сжатой от действия внешней нагрузки, деформируется совместно с бетоном сжатой зоны.

При предельных сжимающих напряжениях в бетоне напряжение в напрягаемой арматуре этой зоны: sс = scu - sp.

sp Rsc- ненапрягаемая ар-ра сжата

spRsc - растянута

Рис. 3. Прямоугольное сечение с двойной арматурой и схема усилий при расчете прочности элемента по нормальному сечению

1—нормальные трещины; 2—граница сжатой зоны

Если в изгибаемом эл-те предусматривается продольная ар-ра в сжатой зоне, то поставив Авs и zb = ho0.5 x в формулу:

М  Rb Abc zb Rsc As (ho -a ) + sc Asp (ho -a ), получим

(1)

Подставив Аbs в формулу:Rs As+s6Rs Asp- Rb Abc-RscAs-scAsp=0, получим ур-ние для определения высоты сжатой зоны:

Rb bx= RsAs – Rsc As (2)

При этом имеется ввиду соблюдение условия: xуho.

Если при одиночном армировании оказывается что xуho, то арматура требуется по расчёту. Используют ф-лы:

Если заданы параметры b и h , а требуется определить площадь сечения арматуры Аs и As, то из условия 1, учитывая m=(1-0.5);

=z/ho=1-0.57. При x=уho находим :

Если заданы размеры сечения b и h и площадь сечения сжатой арматуры As и нужно определить площадь сечения ар-ры As , то из условия 1, принимая во внимание 3 находим m. Если m  R находят  и из равенства 2 получаем :

Если m  R , то заданного кол-ва арматуры по площади сечения As недостаточно.

При проверке прочности сечения (данные все известны) вычисляют высоту зоны из ур-я 2, затем проверяют условие 1.

Создаваемое искусственно предварительное напряжение в ар-ре и бетоне имеет весьма существенное значение для последующей работы элементов под нагрузкой. Внешняя нагрузка, вызывающая образование трещин и прогибов, значительно увеличивается (в несколько раз). Напряжения в бетоне сжатой зоны и высота этой зоны также значительно возрастают.

Трещиностойкостью ж/б конструкций называют её сопротивление образованию трещин в стадии 1 напряжённо- деформированного состояния или сопротивление раскрытию трещин в стадии 2 ндс.

К трещиностойкости ж/б конструкций или её частей при расчёте предъявляют различные требования в зависимости от вида применяемой ар-ры. Эти требования относятся к появлению и раскрытию нормальных и наклонных к продольной оси трещин и подразделяются на 3 категории по степени ответственности.

Предварительно- напряжённые эл-ты должны отвечать требованиям 1,2 и 3 категории, в зависимости от условий работы, ответственности и класса ар-ры.

Предельные прогибы устанавливаются различными требованиями: технологическими (нормальная работа кранов), конструктивными (влияние соседних эл-ов), физиологическими, эстетико-психологическими.

Трещиностойкость эл-ов проверяют расчётом в сечениях, нормальных к продольной оси, а при наличии поперечных сил- также и в сечениях, наклонных к продольной оси.

Сопротивление образованию трещин центрально- растянутых эл-ов: NNcrc , где N- продольная сила от внешней нагрузки

Ncrc – предельное усилие в сечении перед образованием трещин.

Ncrc= Rbt,ser(A+2As)+P , где А – площадь сечения элемента

Аs – суммарная площадь сечения напрягаемой и ненапрягаемой ар-ры; Р- усилие предварительного обжатия :Р=sp Аsp+  sp А sp-sАs -s.

Сопротивление образованию трещин изгибаемых, внецентренно сжатых и внецентренно растянутых эл-ов. Расчёт по образованию трещин, нормальных к продольной оси эл-та: ММcrc, где М- момент внешних сил (при изгибе), при внецентренном сжатии или растяжении М=Nc1.

Мcrc=Rbt,serWpl+Mrp – момент образования трещин (по методу ядровых моментов)

Mrp=P(е0P+r), где Mrp- момент усилия обжатия Р относительно оси, проходящей через условную ядровую точку, наиболее удалённую от растянутой зоны.

Wpl – упругопластический момент сопротивления ж/б сечения по растянутой зоне в предположении, что продольная сила отсутствует.

е-эксцентриситет от ядровой точки, наиболее удалённой от растянутой зоны до ЦТ приведённого сечения.

Определение ширины раскрытия трещин, нормальных к продольной оси.

Нормы рекомендуют определять ширину раскрытия трещин на уровне оси растянутой арматуры по следующей эмпирической формуле (в мм)

где — коэффициент армирования сечения (ребра таврового сечения), принимаемый в расчете не более 0,02; А,—площадь сече­ния растянутой арматуры; б—коэффициент, принимаемый равным при учете: кратковременных нагрузок и непродолжительного дейст­вия постоянных и длительных нагрузок—1; продолжительного действия постоянных и длительных нагрузок для конструкций из тяже­лого бетона п нормальных условиях эксплуатации—1,5; ц—коэф­фициент, зависящий от вида и профиля продольной растянутой арматуры, принимаемый: для стержней периодического профиля рав­ным I, для проволоки классов Вр-1, Вр-11 п канатов— 1,2, для глад­ких горячекатаных стержней—1,3, для проволоки классов B-I, B-II—1,4; (р;—коэффициент, учитывающий длительность действия нагрузки, принимаемый: при непродолжительном действии нагрузки равным 1, при продолжительном действии нагрузки—1,5; Оа—на­пряжение и продольной арматуре или приращение напряжений пос­ле погашения обжатия в растянутой арматуре

Приращение напряжения в растянутой ар-ре (после превышения усилием от внешней нагрузки усилия обжатия) в сечении с трещиной: sp=(N-P)/Asp7

Если ар-ра без предварительного напряжения s=N/As:

s=(M-P(z1sp))Ws – для изгибаемых эл-ов

M=N(е-z1) – для внецентренно сжатых

M=N(е+z1) – для внецентренно растянутых

Кривизна оси при изгибе и перемещения ж/б элементов.

Для ж/б элементов на участках с трещинами. Общее выражение кривизны оси при изгибе:

s- коэф-т работы бетона на растяжение на участках между трещинами;

в- коэф-т, характеризующий неравномерности деформаций бетона сжатой зоны на участках между трещинами;

- коэф-т, характеризующий неупругие деформации бетона сжатой зоны.

s и  определяют с учётом длительности нагрузки.

Перемещение ж/б элементов.

Полный прогиб элементов определяют с учётом длительности действия нагрузки: f=f1-f2+f3-f4, где

f1- прогиб от непродолжительного действия всей нагрузки

f2- прогиб от непродолжительного действия постоянной и длительной нагрузок

f3- прогиб от продолжительного действия постоянной и длительной нагрузок

f4- выгиб, вызванный ползучестью бетона от обжатия.

Рис. VII.16. Прогиб железобе­тонного элемента при действии кратковременной и длительной нагрузок

Полный прогиб предварительно- напряжённых элементов определяется с учётом длительности действия нагрузки по полной кривизне:

2. Прочность бетона. Назовите основные нормированные прочностные характеристики бетона. Как они используются в расчётах железобетонных конструкций?

Кубиковая прочность (R) бетона при сжатии- характеристика никогда прямо в расчёт не вводится, но по ней можно охарактеризовать все другие характеристики. Опятами установлено, что прочность бетона одного и того же состава зависит от размера куба: если временное сопротивление сжатию бетона для базового куба с ребром 15 см равно R, то для куба с ребром 20 см оно уменьшается и равно приблизительно 0,93 R , а для куба с ребром 10 см увеличивается и равно 1,1R.

Рис. 1.4. Характер разрушения бетонных кубов

а—при трении но опорным плоскостям; б—при отсутст­вии трения

Призменная прочность бетона при сжатии. Ж.б конструкции по форме отличаются от кубов, поэтому кубиковая прочность бетона не может быть непосредственно использована в расчётах прочности элементарных конструкций. Поэтому исп. призменная прочность Rb – временное сопротивление осевому сжатию бетонных призм. Она меньше кубиковой и уменьшается с увеличением отношения h/a.

Рис. 1.5. График зависимости призменной прочности бетона от отношения размеров испы­тываемого образца

Rb0.75R –это основная характеристика прочности бетона.

Прочность бетона при срезе и скалывании. Сопротивление срезу зёрен крупных заполнителей, работающих как шпонки в плоскости среза, оказывает существенное влияние. При срезе распределение напряжений по площади сечения считается равномерным. Временное сопротивление бетона при срезе можно определить по эмпирической формуле:

Rsh=

В ж.б конструкциях чистый срез встречается редко- обычно он сопровождается действием продольных сил.

Прочность бетона при осевом растяжении- это прочность бетона при растяжении, выявляемая путём испытания контрольных образцов.

Rbt=M/(W ), где W-момент сопротивления сечения

M-изгибающий момент

- коэф. учитывающий криволинейный характер эпюры напряжений в бетоне, вследствие развития пластических деформаций.

3. Деформативность бетона. Дайте определение понятию «усадка бетона». Как происходит усадка железобетона? Каким образом учитывается усадка бетона при расчёте и конструировании элементов железобетонных конструкций?

Усадкой бетона наз. свойство уменьшения в объёме при твердении в обычной воздушной среде. Усадка бетона зависит от: кол-ва и вида цемента- чем больше цемента на ед объёма бетона, тем больше усадка; кол-ва воды- чем больше W/C, тем больше усадка; крупности заполнителей- при мелкозернистых песках и пористом щебне усадка больше.

В железобетонных конструкциях стальная ар-ра вследствие её сцепления с бетоном становится внутренней связью, препятствующей свободной усадке бетона. Усадка железобетона вдвое меньше, чем усадка бетона. Стеснённая деформация усадки бетона приводит к появлению в железобетонном эл-те начальных, внутренне уравновешенных напряжений - растягивающих в бетоне и сжимающих в ар-ре. Под влиянием разности деформаций свободной усадки бетонного эл-та  sl и стеснённой усадки армированного эл-та  sl,s. e bt=e sl -e sl,s (1) , возникают средние растягивающие напряжения в бетоне bt=e btEbt. (2)

Наибольшие значения этих напряжений находятся в зоне контакта с ар-рой. Деформация e sl,s является для ар-ры упругими, и в ней возникают сжимающие напряжения s=e sl,sEs.(3)

Уравнение равновесия внутренних усилий эл-та, армированного двусторонней симметричной ар-рой, имеет вид ssAs=e btA. Отсюда

ss=sbt(A/As)= sbt/ (4), где - коэф. армирования.

Подставляя в (1) деформации, выраженные через напряжения по (2),(3),(4) sbt / E’bt=e sl -sbt /Es, найдём значение растягивающих напряжений в бетоне sbt=e sl E / (1/1+ / bt), где =Es/Eb-отношение модулей упругости ар-ры и бетона.

При усадке железобетона растягивающие напряжения в бетоне зависят от свободной усадки бетона e sl, коэф. армирования , класса бетона. С увеличением содержания ар-ры в бетоне растягивающие напряжения sbt увеличиваются, и если они достигают временного сопротивления при растяжении Rbt, возникают усадочные трещины. Растягивающие напряжения в бетоне при стеснённой усадке эл-та, армированного односторонней ар-рой, возрастают вследствие внецентренного приложения к сечению усилия в ар-ре. Начальные растягивающие напряжения в бетоне от усадки способствуют более раннему образованию трещин в тех зонах железобетонных эл-ов, которые испытывают растяжение от нагрузки. Однако с появлением трещин влияние усадки уменьшается. В стадии разрушения усадка не влияет на несущую способность статически определимого железобетонного эл-та.

В статически неопределимых железобетонных конструкциях лишние связи препятствуют усадке железобетона и поэтому усадка вызывает появление дополнительных внутренних усилий.

Начальные напряжения, возникающие под влиянием усадки, не учитываются непосредственно в расчёте прочности ж/б конструкций; их учитывают расчётными коэффициентами, охватывающими совокупность характеристик прочности, а также конструктивными мерами- армированием элементов. Уменьшить начальне усадочные напряжения можно технологическими мерами- подбором состава, увлажнением среды при тепловой обработке твердеющего бетона, а также устройством усадочных швов в конструкциях.

Для того чтобы уменьшить дополнительные усилия от усадки, железобетонные конструкции промышленных и гражданских зданий большой протяжённости делят усадочными швами на блоки.

4. Деформативность бетона. Дайте определение понятию «ползучесть бетона» и объясните физическую сущность данного явления. От каких факторов зависит ползучесть бетона и железобетона? Назовите положительные и отрицательные стороны этого явления при эксплуатации статически определимых и неопределимых железобетонных конструкций

Свойства бетона, характеризующиеся нарастанием неупругих деформаций с течением времени при постоянных напряжениях называют ползучестью бетона.

Природа ползучести бетона объясняется его структурой, длительным процессом кристаллизации и уменьшением количества геля при твердении цементного камня. Под нагрузкой происходит перераспределение напряжений с испытывающей вязкое течение гелевой структурой составляющей не кристаллический сросток и зерна заполнителей. Одновременно развитию деформаций ползучести способствуют капиллярные явления, связанные с перемещением в микропорах и капиллярах избыточной воды под нагрузкой. С течением времени процесс перераспределения напряжений затухает и деформирование прекращается. С ростом напряжений ползучесть бетона увеличивается; зависимость деформации - время при напряжениях δв1< δв2< δв3

Загруженный в раннем возрасте бетон обладает большей ползучестью, чем старый бетон. Ползучесть бетона в сухой среде значительно больше, чем во влажной. Технологические факторы также влияют на ползучесть бетона: с увеличением w/c и кол-ва цемента на единицу объёма бетонной смеси ползучесть возрастает. С повышением прочности зёрен заполнителей, с повышением прочности бетона, его класса она уменьшается. Бетоны на простых заполнителях обладают несколько большей ползучестью, чем тяжёлые бетоны.

Ползучесть ж/б является следствием ползучести бетона. Стальная арматура становится связью, препятствующей свободной ползучести бетона. Стеснённая ползучесть в ж/б элементах под нагрузкой приводит к перераспределению усилий между арматурой и бетоном. На работу ж/б элементов ползучесть бетона оказывает различное влияние:

– в коротких сжатых элементах обеспечивает полное использование прочности бетона и арматуры;

– в гибких сжатых эл-тах вызывает увеличение начальных эксцентриситетов, что может снизить их несущую способность;

– в изгибаемых эл- тах вызывает увеличение прогибов;

– в предварительно напряженных конструкциях приводит к потере предварительно напряжения.

5. Назначение и виды арматуры. С помощью диаграммы «напряжения относительные деформации» проанализируйте работу под нагрузкой обычных и упрочнённых арматурных сталей. Дайте определение понятию физический предел упругости, и условный предел текучести. Какие применяются способы упрочнения арматурных сталей?

Назначение арматуры:

– Восприятие растягивающих усилий;

– Усиление сжатого бетона в изгибаемых и внецентренно нагруженных элементах.

Арматура бывает:

1) Рабочая (устанавливается по расчету);

а) Гибкая (круглая);

б) Жесткая (профиль);

2)Конструктивная (монтажная) ­– обеспечивает проектное положение рабочей арматуры.

В зависимости от технологии изготовления различают:

1) Горячекатаная стержневая арматура класса А;

2) Холоднотянутая проволочная арматура класса В.

По форме поверхности:

1) Гладкая;

2) Периодического профиля.

По способу применения при армировании железобетонных конструкций:

1) Ненапряженная (обычная);

2) Предварительнонапряженной.

Хар-ки прочности и деформаций арм. стали, устанавливаются по диаграммы «σss» , получаемой при испытании образцов на растяжение.

Рис. 1.18. Диаграммы Gs—8s при растяжении арматурной стали

а—с площадкой текуче­сти (мягкой); б—с ус­ловным пределом теку­чести

Горячекатаная арматурная сталь с площадкой текучести на диаграмме (мягкая сталь) обладает значительным удлинением после разрыва- до 25% (рис.а). Напряжения, при которых деформации развиваются без заметного увеличения нагрузки наз. физическим пределом текучести арматурной стали. σу, напряжение, непосредственно предшествующее разрыву носит название временного сопротивления арматурной стали σu .

Существенного повышения прочности горячекатной стали (в несколько раз) достигают термическим упрочнением или холодным деформированием. Высоколегированные и термически упрочнённые стали, переходят в пластическую область постепенно без ярко выраженной площадки текучести (рис. б).для этих сталей устанавливают условный предел текучести – напряжение σ0.2 , при котором остаточные деформации составляют 0,2%, а также условный предел упругости- напряжение σ0.02 , при котором остаточные деформации равны 0,02% и предел упругости σse = 0,8 σ0.2 .пластические деформации арматурных сталей при напряжениях, превышающих предел упругости в диапазоне σs =(0,8…1,3) σ0.2 , могут определяться по эмпирической зависимости:εs,pl=0,25(σs/ σ0.2 -0,8)3.

При термическом упрочнении осущ. Закалка арматурной стали (нагревом до 800,900°С и быстрым охлаждением) затем частичный отпуск (нагреваем до 300-400ºС и постепенное охлаждаем). Сущность упрочнения холодным деформированием арм. стали состоит в следующем: при искусственной стяжке в холодной сост-нии до напряжения, превышающее предел текучести σк σу, под влиянием структурных изменений кристаллической решётки (наклёпа) арм. сталь упрочняется. При повторной вытяжке, поскольку пластические деформации уже выбраны, напряжение σк становится новым пределом текучести (рис.а ).Вытяжка в холодном состоянии позволяет получать высокую прочность стержней большого диаметра. Многократное волочение позволяет получать высокопрочную проволоку- В-II , Bр-II.

В качестве ненапрягаемой арматуры применяют имеющие сравнительно высокие показатели прочности ар- ры АТ-III, A-III, проволоку Вр-I. Возможно применение А-II, если прочность арматуры A-III, не полностью используется в конструкции из-за чрезмерных деформаций или из- за раскрытия трещин. Арматуру класса A-I можно применять в качестве монтажной, хомутов, вязаных каркасов, поперечных стержней сварных каркасов. В качестве напрягаемой рекомендуется применять стержневую термически упрочнённую арматуру классов Aт-6, Ат-5, горячекатаную А-6, А-5, для элементов длиной свыше 12 м целесообразно применять арматурные канаты и прочную проволоку. Допускается применение стержней А-4, А-5.

В конструкциях, эксплуатируемых при отрицательных температурах не применяют арматуру подверженную хладноломкости. Хорошо сваривается контактной сваркой горячекатаная арматура от А-I до A-6, Aт-4.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]