4. Особенности конструирования изгибаемых элементов, обеспечивающие прочность наклонных сечений на действие изгибающих моментов. Построение эпюры материалов.
Для обеспечения прочности наклонных сечений на действе изгибающего момента рабочие стержни, обрываемые в пролете, заводят за точку теоретического обрыва, т. е. за нормальное сечение, в котором внешний момент становится равным несущей способности сечения без учета обрываемых стержней (рис.5), на длину не менее W, определяемую по формуле:
W=Q/(2qsw) + 5d≥20d (13)
где Q- поперечная сила в нормальном сечении, проходящем через точку теоретического обрыва; qsw- усилие в хомутах на единицу длины элемента; 5d - минимальная длина зоны анкеровки обрываемого стержня.
Рис. 5. Построение эпюры материалов
1- ось опоры; 2- обрываемая арматура; 3 - то же, необрываемая; 4- точка теоретического места обрыва арматуры; 5- эпюра моментов, воспринимаемая арматурой; 6- эпюра теоретических моментов; 7- ось симметрии.
Значение W получают из условия равновесия моментов внешних сил М и внутренних предельных усилий Мu, действующих в сечении 2-2, совпадающем с наклонной трещиной, начинающейся за фактическим местом обрыв стержня, относительно центра тяжести Д бетона сжатой зоны сечения. Для элементов без поперечной арматуры принимают W=10d.
Расчетное сопротивление поперечной арматуры не снижают, так как стержни этой арматуры близко расположены к моментной точке Д (см. рис. 5) и изгибающие моменты от внутренних усилий поперечной и отогнутой арматуры малы; при этом принимают, что продольная и поперечная арматура воспринимает лишь растягивающие усилия и не сопротивляется изгибу и срезу.
Прочность наклонных сечений по изгибающему моменту считают обеспеченной, если соблюдают следующие простые конструктивные требования:
-запуск продольной арматуры за ось опоры должен быть не менее 10d, когда по расчету поперечная арматура не требуется (Q≤2,5Rbtbho), и не менее 15d, когда по расчету поперечная арматура требуется (Q>2,5Rbtbho); при этом правую часть формулы принимают с коэффициентом 2 вместо коэффициента 2,5;
-на концах арматуры имеются надежные анкеры, или наклонные сечения пересекают продольную арматуру вне зоны анкеровки (т.е. при lx> lan);
-в растянутой зоне элементов на длине проекций наклонных сечений не образуются нормальные трещины, когда М≤Mcrc.В целях экономии продольной арматуры разрешается до 50% площади ее поперечного сечения обрывать в пролете, где она для обеспечения прочности нормальных сечений уже не требуется; при этом запуск обрываемых в пролете стержней за точку теоретического обрыва (точка 1, см. рис. 5) должен быть не менее величины W, определяемой по формуле (13);
-значение с≤2ho.
Построение эпюры арматуры
Под эпюрой арматуры понимают эпюру изгибающих моментов, выдерживаемых арматурой элемента. Она наглядно показывает для каждого его сечения превышение величины изгибающего момента, соответствующего площади сечения арматуры, по сравнению с его теоретическим значением; чтобы это превышение свести к минимуму, необходимо лишнюю арматуру оборвать в пролете (см. рис. 5) или перевести в верхнюю зону.
Порядок определения места фактического обрыва продольных стержней в пролете сводится к следующему:
-на эпюру моментов М от внешних нагрузок (см. рис. 5) наносят ординаты момента Ms воспринимаемого нормальным сечением элемента с продольной арматурой, которую доводят до торца элемента (за край опоры, не менее двух стержней и не менее 50 % от общего числа стержней в пролете)
Ms= RsAszb (14)
-точки 1 пересечения ординаты Ms с эпюрой расчетных моментов определяют места теоретического обрыва стержней 2. Места действительного обрыва стержней 2 отстоят от теоретической точки 1 на величину W (форм. 13). Чем ближе эпюра моментов 3, соответствующая фактически установленной площади продольной арматуры, примыкает к теоретической огибающей эпюре моментов 4, тем большую получают экономию арматуры. С этой целью рекомендуется в растянутой зоне изгибаемых элементов устанавливать не менее четырех стержней, чтобы два из них можно было оборвать в пролете. Высоту сжатой зоны сечения определяют из условия равновесия: Σх = 0 проекций усилий в бетоне и арматуре наклонного сечения на продольную ось элемента.
Контрольные вопросы:
132. Какие конструктивные требования должны выполняться, чтобы обеспечить прочность наклонных сечений изгибаемых железобетонных элементов по изгибающему моменту?
133. Что понимают под эпюрой материалов (арматуры) в изгибаемых железобетонных элементах?