Коефіцієнти умови роботи
Реальні умови роботи матеріалів і споруд у цілому, що не можливо врахувати прямим шляхом, враховують коефіцієнтами умов роботи γbi , γsi , на які множать розрахункові опори матеріалів.
Коефіцієнти умов роботи враховують вплив температури, вологості та агресивності середовища; тривалості дії зусиль та їх повторення; наближеності розрахункових схем до реальних умов роботи конструкції та інш.
Для бетону та арматури коефіцієнт умов роботи враховує сполучення навантажень, багатократні силові впливи і т.д.
Урахування відповідальності та капітальності будівель і споруд здійснюють, вводячи у розрахункові формули коефіцієнт надійності за призначенням γn , шляхом його множення на значення розрахункових навантажень. Для споруд класу 1 (об’єкти важливого народногосподарського призначення: головні корпуси ТЕС, АЕС, спортивні споруди, театри та ін.) γn = 1. Для споруд і будівель класу ІІ (об’єкти промислового, сільськогосподарського і житлово-цивільного призначення) γn = 0,95. Для будівель класу ІІІ (тимчасові будівлі, що мають строк служби до 5 років) γn = 0,9.
Принцип конструювання згинальних елементів
Згинальні залізобетонні елементи використовують у вигляді плит і балок, які можуть бути самостійними конструкціями або складовою частиною складних конструкцій та споруд (монолітні ребристі перекриття, елементи рамних каркасів споруд та інш.).
Плити – плоскі елементи, у яких два розміри (довжина та ширина) значно перевищують третій (товщину). Плити виконують монолітними та збірними. Залежно від статичної роботи вони бувають одно- та багатопрольотні, балочні й оперті по контуру. Товщина плит залежить від їх призначення, її назначають якомога меншою, щоб зменшити витрати бетону. Товщину монолітних плит приймають кратною 10 мм, але не меншою: для покрівель - 40 мм; для перекриттів цивільних і промислових будівель відповідно 50 і 60 мм. Мінімальна товщина збірних залізобетонних плит – 25 ÷ 35 мм.
Армування плит здійснюють зварними плоскими або рулонними сітками. Армування окремими стержнями не індустріальне і використовується при складних конфігураціях перекриття або великій кількості отворів. Більш індустріальним є армування зварними плоскими або рулонними сітками. Сітки розміщують згідно з епюрою згинальних моментів з боку розтягнутих волокон. Стержні робочої арматури приймають діаметром 3 ÷ 12 мм, розміщуючи їх на ділянці з максимальним моментом кроком 100 ÷ 200 мм, а на решті ділянок плити крок повинен бути не більшим 400 мм. Стержні розподільної арматури приймають діаметром 3 ÷ 8 мм кроком 250 ÷ 350 мм, тобто переріз її призначається не менше 15 % перерізу робочої арматури на 1 м, а кількість стержнів не менше 3.
Плити виготовляють із бетону класів В12,5 ÷ В25 і армують арматурою класів ВрІ, А400С. Збірні попередньо напружені плити армують арматурою класів А600, А800, А1000, ВрІІ, ВІІ, К-7.
Захисний шар бетону при товщині плити до 100 мм призначають не менше 10 мм, а при більшій товщині плит – не менше 15 мм. Якщо конструкція експлуатується у вологих умовах, у монолітних плитах захисний шар приймають не меншим 30 мм, а в збірних – не меншим 20 мм.
Балки – лінійні елементи, у яких два розміри (висота та ширина перерізу) значно менші довжини. Балки виконують прямокутного, таврового, двотаврового та коробчастого перерізів. Прольоти балок із звичайною арматурою призначають в межах 6 ÷ 24 м. Висоту перерізу h приймають 1/10 ÷ 1/15 прольоту залежно від навантаження, класу бетону, технологічних вимог. У попередньо напружених балках вона може бути зменшена до 1/25 прольоту. З метою уніфікації висота балок повинна бути кратною 50 мм при висоті їх до 600 мм, кратною 100 мм при висоті балок до 1200 мм, а далі кратною 300 мм. Ширину перерізу призначають у межах (0,3 ÷ 0,5) h і приймають 100, 120, 150, 180, 200, а далі кратно 50 мм.
Залізобетонні балки виготовляють із бетону класів В15 ÷ В40. Для армування використовують сталі класів А240С, А300С, А400С. А500С, для попередньо напруженої арматури – стержневу арматуру класів А600, А800, А1000, арматурний дріт класів ВІІ, ВрІІ, високоміцні канати класів К-7, К-19.
Армування балок виконують поздовжніми робочими стержнями, поперечною арматурою та монтажними стержнями, що об’єднуються у зварні просторові каркаси, які утворюються шляхом зварки плоских каркасів горизонтальними стержнями через 1000 ÷ 1500 мм. Площа перерізу робочої поздовжньої арматури визначається за розрахунком і їх діаметр може бути 12 ÷ 32 мм. Відстань між окремими стержнями робочої арматури по висоті та ширині перерізу повинна забезпечувати спільну роботу арматури з бетоном і зручність ущільнення бетонної суміші. Її приймають не меншою від найбільшого діаметра арматури та не меншою 25 мм для нижніх і 30 мм для верхніх стержнів. Якщо робоча арматура розміщена на висоті більше ніж у два ряди, то відстань між стержнями в горизонтальному напрямку (крім стержнів двох нижніх рядів) повинна бути не меншою 50 мм.
Монтажну (конструктивну) арматуру, необхідну для забезпечення проектного положення хомутів і створення каркасу, виготовляють із сталі низької міцності класу А240С, діаметр якої, як правило, на 2 ÷ 4 мм більший від діаметра поперечної арматури, але не менший 10 мм.
В балках висотою перерізу 800 мм і більше по боковим граням встановлюють конструктивні стержні із арматури діаметром 12 мм класу А240С. Зазначена арматура зменшує деформації від усадки бетону та разом з поперечною арматурою збільшує тріщиностійкість похилих перерізів на бічних гранях балок.
Поперечну арматуру у вигляді поперечних стержнів і хомутів приймають із арматури класів ВрІ, А240С, А300С, А400С. У зварних каркасах за умов виконання контактного точкового зварювання діаметр поперечної арматури приймають залежно від діаметра поздовжньої робочої арматури, у в’язаних каркасах діаметр хомутів повинен бути не менше ¼ найбільшого діаметра поздовжньої арматури.
Для економії сталі частину робочої арматури переводять з прольотів на опори (монолітні конструкції, які армовані в’язаними каркасами) або обривають у тих місцях, де вона за розрахунком не потрібна. У балках і ребрах шириною понад 150 мм кількість поздовжніх стержнів, які доводять до опори, повинна бути не меншою двох. Якщо ширина балок і ребер 150мм і менше, допускається доводити до опори один поздовжній стержень, тобто балку можна армувати одним каркасом.
Товщину захисного шару бетону в балках висотою до 250 мм для поздовжньої робочої арматури приймають не меншою 15 мм, а для монтажної – не меншою 10 мм. Для балок, висота яких перевищує 250 мм, товщину захисного шару для робочої арматури приймають не меншою 20 мм, для монтажної – 15 мм. Крім того, захисний шар будь-якого випадку повинен бути не меншим діаметра поздовжнього («захищеного») стержня. Відстань від поверхні бетону до поперечних стержнів і хомутів має бути не меншою 15 мм.
Принцип розрахунку залізобетонних елементів за першою групою граничних станів
При розрахунку міцності виходять з ІІІ стадії напружено-деформованого стану. Як приклад розглянемо роботу залізобетонної балки на двох опорах, що навантажена двома зосередженими силами. Зовнішнє навантаження викликає в балці внутрішні зусилля: згинальний момент і поперечну силу.
Рис. 31.
У зоні чистого згину, де поперечні сили відсутні, в перерізах балки виникають тільки нормальні напруження. У розтягнутій зоні утворюються та розкриваються тільки нормальні тріщини. Для цього випадку виконують розрахунок міцності нормальних перерізів.
У зоні поперечного згину, де діють згинальний момент і поперечна сила, в перерізах елементів виникають нормальні та дотичні напруження, що призводять до виникнення та розкриття похилих тріщин. У цьому випадку виконують розрахунок міцності перерізів, що похилі до поздовжньої осі елементів (похилих перерізів).
Розрахунок міцності перерізів, нормальних і похилих до осі елементів, належить до розрахунку за граничними станами першої групи.
Міцність залізобетонного елементу буде забезпечена, якщо виконується умова:
Де
T – зусилля від дії характеристичних навантажень (поздовжні зусилля стиску або розтягу, згинальні моменти, поперечні сили);
γf - коефіцієнт надійності за навантаженням;
γn – коефіцієнт, що враховує клас будівлі;
Tu – величина внутрішніх зусиль (несуча здатність), які залежать від геометричних характеристик перерізу – s; нормативних опорів матеріалів – Rbп, Rsп ; коефіцієнтів надійності за матеріалами - γb , γs ; та умов роботи - γbi , γsi .
Враховуючи, що
qn . γf = q ; νn . γf = ν ; Rbп / γb = Rb ; Rsп / γs = Rs .
Умову можна записати у вигляді:
за другою групою граничних станів.
Тріщини не утворюються, якщо виконується умова
T ≤ T cre,u
де
T – зусилля від дії зовнішнього навантаження.
T cre,u – внутрішні зусилля, при яких тріщини не виникають.
Умова обмеження величини розкриття тріщин
а cre ≤ а cre,u
де
а cre – величина тріщини від дії зовнішнього навантаження;
а cre,u - нормативна величина тріщини.
Умова обмеження деформацій
f ≤ f u
де
f – розрахункові деформації;
f u – нормативні деформації.