28. Сборно-монолитные железобетонные конструкции зданий и сооружений тэс и аэс. Перекрытия. Конструктивное решение. Расчёт на нагрузки строительного периода и в стадии эксплуатации

Сборно-монолитная конструкция перекрытия состоит из сборных эл-ов и монолитных частей, бетонируемых непосредственно на площадке. Затвердевший бетон этих монолитных частей связывает конструкцию в единую совместно работающую систему.

Сборные эл-ты служат остовом для монолитного бетона и в них размещена основная, чаще всего ненапрягаемая ар-ра. Дополнительную ар-ру при монтаже можно укладывать на остов из сборных эл-ов. Сборные эл-ты изготовляют из бетона относительно высоких классов, бетон же монолитных участков модет быть класса В15.

Работа сборно- монолитной конструкции характеризуется тем, что деформации бетона сборных эл-ов, и трещины в монолитном бетоне не могут развиваться до тех пор, пока они не появятся в предварительно напряжённом бетоне сборных эл-ов.

При пролётах до 9 м возможны перекрытия с предварительно напряжёнными эл-ами, которые имеют вид ж/б доски и служат остовомрастянутой зоны балки, снабжённой ар-рой на которую укл-ся монолитный бетон.

Рис. Х1.32. Сборно-монолитные перекрытия

1—монолитный бетон; 2—предварительно напряженная железобе­тонная доска; 3—сборный элемент

конструкция сборно-монолитного перекрытия, в которомобъём монолитного бетона сост. 30 % общего бетона в перекрытии, образована из сборных предварительно напряжённых досок и панелей.

Рис. XI.33. Ребристые сборно-монолитные перекрытия с остовом из железобетонных панелей

Расчёт сборно- монолитных конструкций по предельным состояниям пр-ся по 2 стадиям:

1.до преобретения бет. омоноличивания заданной пр-ти на воздействие нагрузки от массы этого бетона и от других нагрузок, действующих на данном этапе возведения к-ии.

2. после приобретения бетоном омоноличивания заданной прочности, т.е при совместной работе со сборными эл-ми на нагрузки, действующие на данном этапе возведения и при экспл. Зд-ия.

Расчёт прочности сборно-монолит. конструкции на сдвиг принимается из условия: Q_sh/(b_shL_sh)≤ _sh

Q_sh- расчётное усилие сдвига

b_sh- ширина пов-ти сдвига по которой происходит проверка прочности контакта

L_sh-расчётная длина

_sh- среднее суммарное сопротивление сдвигу.

29. Железобетонные конструкции, эксплуатируемые в условиях воздействия повышенных и высоких технологических температур. Как учитывается особенности работы бетона и ар-ры

Железобетонные конструкции отдельных цехов промышленных зданий могут подвергаться систематическому воздействию технологических температур выше 50 °С. При систематическом воздействии технологической температуры до 200 °С применяют обычный железобетон на портландцементе; если температура выше 200°С, применяют специальный жаростойкий бетон.

Прочность бетона при систематическом нагреве под влиянием нарушений структуры бетона снижается. С повышением температуры до 200°С снижение прочности при сжатии может достигать 30-40%, что должно учитываться в расчётах конструкций. Значения расчётных и нормативных сопротивлений бетонов умножают на коэффициенты: _b, g_bt- учитывающие снижение сопротивления бетона сжатию и растяжению при кратковременном нагреве;

g_bl, g_btl – то же, при длительном нагреве.

Деформативность бетона при систематическом нагреве увеличивается под влиянием снижения модуля упругости бетона, значение которого принимается: E_bt=E_b_b.

Температурная усадка бетона возникает при первом нагреве и является необратимой деформацией, которая увеличивается с повышением температуры нагрева: _sl=_sl t.

Температурное расширение бетона является обратимой деформацией, которая пропорциональна температуре нагрева:  _t= _t t.

Суммарная температурная деформация бетона при нагреве:

 _bt = _t -  _sl = ( _t - _sl )t=a _bt t.

для армирования жел.бет конструкций, работающих в условиях систематического воздействия технологических температур до 200°С, применяют ар-ные стали, предусмотренные для обычных условий, но с учётом дополнительных требований. Прочность стержней и проволочной ар-ры при нагреве снижается на 5-15%. Расчётные и нормативные сопротивления ар-ры умножают на коэффициенты g_s, g_st, учитывающие снижение сопротивления ар-ры при кратковременном и длительном нагреве. Модуль упругости стальной ар-ры при нагреве до 200°С снижается незначительно.

В железобетонных эл-тах с трещинами принимают среднее значение температурного расширения ар-ры в бетоне:

a_stm= a_bt +(a_st -a_bt ). Коэффициент  зависит от процента армирования продольной ар-рой.

Полная величина потерь предварительного напряжения ар-ры складывается из основных потерь при нормальной температуре и дополнительных потерь, вызванных действием температуры. Дополнительные потери принимаются равными:

1.30% потерь от ползучести бетона при нормальной температуре;

2. дополнительным потерям от релаксации напряжений в ар-ре.

30. Железобетонные конструкции, эксплуатируемые в условиях воздействия повышенных и высоких технологических температур. Деформации и усилия в статически определимых и статически неопределимых железобетонных конструкциях

Температуру ар-ры в сечениях железобетонных эл-ов принимают равной температуре бетона в месте её расположения.

При линейном распределении температур по высоте сечения свободную температурную деформацию  _t эл-та определяют на уровне оси, проходящей через центр тяжести сечения, а кривизну оси при изгибе 1/ r_t принимают равной тангенсу угла наклона на эпюре деформаций:

1.в железобетонном эл-те без трещин

e _t= (a _bt t _b (h-y)+ a _bt t _b1 y)  _t / h

1/ r_t=(a _bt1 t _b1 - a _btt _b )  _t / h

1— распределение температу­ры; 2 — распределение темпе­ратурных удлинений

2.в в железобетонном эл-те с трещинами в растянутой зоне при расположении растянутой зоны у менее нагретой грани

e _t= (a _sbm t _s (h₀-y_s)+ a _bt t _b y_s)  _t / h₀

1/ r_t=(a _bt1 t _b - a _stm t _s )  _t / h

1— распределение температу­ры; 2 — распределение темпе­ратурных удлинений

Прогиб эл-та, вызванный неравномерным нагревом f_t = s _t(1/r _t) l²,

Коэффициент s _t зависит от условий закрепоения элемента по краям, при свободном опирании s _t=1/8.

Температурный момент от неравномерного нагрева в эл-тах, заделанных на опоре, а также в замкнутых рамах с одинаковыми сечениями

М _t=(1/r _t)B, где В- жёсткость эл-та.

Конструкции, находящиеся в условиях воздействия температур, расчитывают на возможные неблагоприятные сочетания усилий от кратковременного и длительного воздействия температуры, собственного веса и внешней нагрузки.

Статически опредиоимые констр. расчитывают на действие длительного нагрева, а статически неопределимые проверяют на действие первого кратковременного нагрева, когда возникают максимальные температурные усилия, и на действие длительного нагрева после снижения прочности и жёсткости эл-ов.

Расчётные и нормативные сопротивления бетона и ар-ры вводят в расчёты по 1-ой и 2-ой группам предельных состояний сниженными в зависимости от температуры и длительности нагрева.

В расчётах по образованию трещин сопротивление бетона растяжению при кратковременном нагреве и при длительном нагреве определяют для температуры нагрева бетона на уровне растянутой ар-ры.

31. Показать, каким образом достигается экономический эффект при применении предварительно напряженных конструкций. Какое влияние оказывает предварительное напряжение ар-ры на перемещения железобетонных конструкций

Предварительно напряженными называют такие железобетонные конструкции, в которых в процессе изготовления искусственно создают значительные сжимающие напряжения в бетоне натяжением высокопрочной арматуры. Начальное сжимающие напряжения создают в тех зонах бетона, которые впоследствии под действием нагрузок испытывают растяжение. При этом повышается трещиностойкость конструкции и создаются условия для применения высокопрочной арматуры, что приводит к экономии металла и снижению стоимости конструкции.

Удельная стоимость арматуры , характеризуемая отношением ее цены Ц (руб/т) к расчетному сопротивлению R_S (МПа), снижается с увеличением прочности арматуры (Рис 1.26). Поэтому высокопрочная арматура значительно выгодней обычной. Однако применять высокопрочную арматуру в конструкциях без предварительного напряжения нельзя, так как при высоких растягивающих напряжениях в арматуре и соответствующих деформациях удлинения в растянутых зонах бетона появляются трещины значительного раскрытия, лишающие конструкцию необходимых эксплуатационных качеств.

Суть использования предварительно напряженного железобетона в конструкциях – экономический эффект, достигаемой применением высокопрочной арматуры; высокая трещиностойкость и как следствие повышенная жесткость долговечность.

В предварительно напряженной балке под нагрузкой (рис. 1.72,а) бетон испытывает растягивающие напряжения только после погашения начальных сжимающих напряжений. При этом сила F_crc , вызывающая образование трещин или ограниченное по ширине их раскрытие, превышает нагрузку, действующую при эксплуатации F_ser. С увеличением нагрузки на балку до предельного разрушающего значения F_U напряжения в арматуре и бетоне достигают предельных значений. В аналогичной балке без предварительного напряжения (Рис 1.27, б) нагрузка F_crc<F_Ser, но разрушающая нагрузка F_U для обеих балок близка по значению, поскольку предельные напряжения в арматуре и бетоне этих балок одинаковы.

Таким образом, железобетонные предварительно напряженные элементы работают под нагрузкой без трещин или с ограниченным по ширине их раскрытием F_Ser< F_crc<F_U , а конструкции без предварительного напряжения – при наличии трещин (F_crc <F_Ser <F_U) и при бОльших значениях прогибов (Рис 1.27, в). В этом различие конструкций предварительно напряженных и без предварительного напряжения с вытекающими отсюда особенностями их расчета, конструирования и изготовления.

Рис. 1.26. Зависимость удель­ной стоимости арматурной ста­ли от ее прочности

А-II... A-IV — классы сталей

Рис. 1.27. Диаграмма нагрузка F — прогиб f

I — предварительно напря­женная балка; И — балка без предварительного на­пряжения

32. 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  R_sn , _sp- р 0.3 R_sn

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 А_sp  А^ _sp(А^ _sp-площадь сечения напрягаемой ар-ры)и внецентренного обжатия элемент получает выгиб, затем происходят 2^ые 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 R_sc- ненапрягаемая ар-ра сжата

 ^_spR_sc - 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 А_вs и zb = h_o0.5 x в формулу:

М  R_b A_bc z_b R_sc A^_s (h_o -a ) + _sc A_sp (h_o -a ), получим

(1)

Подставив А_bs в формулу:R_s A_s+_s6R_s A_sp- R_b A_bc-R_scA_s-_scA_sp=0, получим ур-ние для определения высоты сжатой зоны:

R_b b_x= R_sA_s – R_sc A_s (2)

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

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

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

=z/h_o=1-0.57. При x=_уh_o находим :

Если заданы размеры сечения b и h и площадь сечения сжатой арматуры A_s и нужно определить площадь сечения ар-ры A_s , 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N_crc , где N- продольная сила от внешней нагрузки

N_crc – предельное усилие в сечении перед образованием трещин.

N_crc= R_bt,ser(A+2A_s)+P , где А – площадь сечения элемента

А_s – суммарная площадь сечения напрягаемой и ненапрягаемой ар-ры; Р- усилие предварительного обжатия :Р=_sp А_sp+  _sp А _sp-_sА_s -_s.

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

М_crc=R_bt,serW_pl+M_rp – момент образования трещин (по методу ядровых моментов)

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

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

е_0р-эксцентриситет от ядровой точки, наиболее удалённой от растянутой зоны до ЦТ приведённого сечения.