Лекция №6 изгибаемые элементы

1. Область применения и виды изгибаемых элементов

К изгибаемым железобетонным элементам относятся плиты и балки. Они могут быть как самостоятельными, так и входить в состав сложных конструкций и сооружений, таких как ребристые перекрытия, элементы каркасов сооружений.

Балка – линейный элемент, длина которого значительно больше геометрических размеров поперечного сечения. Железобетонные балки могут быть однопролетными, многопролетными, а по способу изготовления – сборными, монолитными и сборно–монолитными.

Формы поперечного сечения балок различны. Наиболее распространена прямоугольная, тавровая с полкой по верху и двутавровая; применяется также тавровая с полкой понизу, трапециевидная, полая и др.

В строительстве балки применяют для перекрытия пролетов зданий, рабочих площадок, при возведении мостов, в составе каркасов зданий как элементы кирпичных зданий.

Принимаются различные конструкции опирания балок на колонны, балки могут опираться сверху на консоль колонны, опускаться ниже, опираясь на подрезку, скрывающую консоль колонны. При опирании на кирпичные стены под балки следует укладывать железобетонную подушку, и только при опирании небольших балок их можно укладывать непосредственно на кирпичную кладку.

Предварительно высота балки h назначается в пределах от 1/10 до 1/20 пролёта. В целях типизации элементов высоту балок принимают кратно 50 мм при высоте до 60 см и кратно 100 мм при большей высоте. Ширину прямоугольных балок назначают в пределах (0,3÷0,5)h, а именно 100, 120, 150, 180, 220, 250 и далее через 50 мм.

Плита – это плоский элемент, толщина которого значительно меньше длины и ширины.Плиты могут быть сплошными гладкими и ребристыми; по числу пролетов – однопролетными и многопролетными; по способу изготовления - сборными и сборно-монолитными (рис. 1).

Сборные железобетонные плиты, применяемые для междуэтажных перекрытий, покрытий, лестничных площадок и других конструкций, целесообразно изготавливать в виде крупноразмерных ребристых или пустотелых элементов.

Из плит и балок образуются многие железобетонные конструкции:

- плоские перекрытия и покрытия;

- сборные железобетонные перекрытия;

- монолитные железобетонные перекрытия;

- сборно-монолитные железобетонные перекрытия.

Рис. 1. Схемы перекрытий из железобетонных элементов

а- сборное; б - монолитное; 1 - плиты; 2 – балки

Принципы армирования

Стержни рабочей арматуры плиты принимают диаметром 3...10 мм, располагают их на расстоянии (с шагом) 100...200 мм одна от другого. Защитный слой бетона для рабочей арматуры принимают не менее 10 мм, в особо толстых плитах (толщиной более 100 мм) - не менее 15 мм.

Поперечные стержни сеток (распределительную арматуру) устанавливают для обеспечения проектного положения рабочих стержней, уменьшения усадочных и температурных деформаций конструкции, распределения местного воздействия сосредоточенных нагрузок на большую площадь. Общее сечение поперечных стержней принимают не менее 10% сечения рабочей арматуры, размещенной в месте наибольшего изгибающего момента; располагают их с шагом 250...300 мм, но не реже чем через 350 мм.

Армирование плит отдельными стержнями с вязкой их в сетки вручную с помощью вязальной проволоки применяют в отдельных случаях (плиты сложной конфигурации в плане или с большим числом отверстий и т. д.), когда стандартные сварные сетки не могут быть использованы.

Рис. 2. Однопролетная (а) и многопролетная (б) плиты при действии равномерно распределенной нагрузки

1 - стержни рабочей арматуры; 2 - стержни распределительной арматуры

Рис. 3. Поперечное сечение балок и схемы армирования: а- прямоугольное; б- тавровое; в- двутавровое; г- трапециевидное: 1- продольные стержни; 2- поперечная арматура

Продольную рабочую арматуру в балках (как и в плитах) укладывают согласно эпюрам изгибающих моментов в растянутых зонах, где она должна воспринимать продольные растягивающие усилия, возникающие при изгибе конструкции под действием нагрузок. Для экономии стали часть продольных арматурных стержней можно не доводить до опор и обрывать в пролете там, где они по расчету на восприятие изгибающего, момента не требуются. Площадь сечения продольной рабочей арматуры A_s в изгибаемых элементах должна определяться расчетом, но составлять не менее μ=0,05% площади сечения элемента с размерами b и h₀. Для продольного армирования балок обычно применяют стержни периодического профиля (реже гладкие) 12...32 мм.

Рис. 4. Размещение арматуры в поперечном сечении балок

a_l- защитный слой бетона для рабочей арматуры; а_w- то же для поперечной арматуры; d- наибольший диаметр рабочих стержней; а₁- расстояние в свету между нижними (при бетонировании) продольными стержнями; а’₁-то же, между верхними (при бетонировании) стержнями; а₂- расстояние в свету между рядами продольных стержней

Рис. 5. Схемы армирования балок сварными каркасами (а) и вязаной арматурой (б)

1 - продольные рабочие стержни (стержни второго ряда не доведены до опор); 2- поперечные стержни каркасов; 3- продольные монтажные стержни; 4- поперечные соединительные стержни; 5- рабочие стержни с отгибами; 6- хомуты вязаных каркасов

В балках шириной 150 мм и более предусматривают не менее двух продольных (доводимых до опоры) стержней; при ширине менее 150 мм допускается установка одного стержня (одного каркаса).

В железобетонных балках одновременно с изгибающими моментами действуют, поперечные силы, что вызывает необходимость устройства поперечной арматуры. Количество её определяют по расчётам и конструктивным требованиям.

При армировании вязаными каркасами (рис. 5,б) хомуты в балках прямоугольного сечения делают замкнутыми; в тавровых балках, в которых ребро сечения с обеих сторон связано с монолитной плитой, хомуты могут быть скрытые сверху. В балках шириной более 350 мм устанавливают многоветвевые хомуты. Диаметр хомутов вязаных каркасов принимают не менее 6 мм при высоте балок до 800 мм и не менее 8 мм при большей высоте.

По расчетно-конструктивным условиям расстояние в продольном направлении между поперечными стержнями (или хомутами) в элементах без отгибов должно быть: в балках высотой до 400 мм- не более h/2, но не более 150 мм; в балках высотой выше 400 мм - не более h/3, но не более 500 мм. Это требование относится к приопорным участкам балок длиной l/4 пролета элемента при равномерно распределенной нагрузке, а при сосредоточенных нагрузках, кроме того, и на протяжении от опоры до ближайшего груза, но не менее 1/4 пролета. В остальной части элемента расстояние между поперечными стержнями (хомутами) может быть больше, но не более чем 3/4 h и не более 500 мм.

Поперечные стержни (хомуты) в балках и ребрах высотой более 150 мм, ставят, даже если они не требуются по расчету; при высоте менее 150 мм поперечную арматуру можно не применять, если удовлетворяются требования расчета.

При армировании балок вязаными каркасами для экономии стали и улучшения конструкции каркаса целесообразно устройство отгибов части продольных рабочих стержней (см. рис. 5,б). Закругления отгибов выполняют по дуге с радиусом не менее 10d. Отгибы оканчиваются прямыми участками длиной не менее 0,8 l_an и не менее 20d в растянутой или 10d в сжатой зоне. Прямые участки отгибов из гладких стержней оканчиваются крюками.

Контрольные вопросы:

113. Назовите виды изгибаемых элементов и перечислите требования, предъявляемые к ним.

114. Каково назначение продольной и поперечной арматуры в изгибаемых элементах.

115. Где на практике встречаются изгибаемые элементы таврового сечения?