4 Методы расчета железобетонных конструкций

4.1 Особенности работы железобетонных конструкций

Любая задача расчета конструкций имеет три стороны: статическую (или динамическую), геометрическую и физическую.

Статическая (динамическая) сторона задачи заключается в установлении связи между внешними нагрузками, действующими на конструкцию, и внутренними усилиями в любом ее сечении, которая определяется условиями статического (динамического) равновесия. Поскольку внутренние усилия заранее неизвестны, приходится привлекать геометрические и физические соотношения.

Рис. 4.1. Напряженное состояние балок: 1 — нормальные трещины; 2 — наклонные трещины; 3 — траектории главных растягивающих напряжении

Геометрические соотношения связывают перемещения и деформации конструкции.

Физические определяют закон, по которому напряжения зависят от деформаций.

Для конструкции из идеально упругого материала, например балки (рис. 4.1, а), справедливы известные из сопротивления материалов уравнения:

(4.1)

(4.2)

(4.3)

Основанием для уравнения (4.2) является гипотеза плоских сечений, а соотношение (4.3) выражает закон Гука при изгибе. Последние две формулы дают возможность решить задачу расчета сечений по известному изгибающему моменту М подобрать такое сечение балки, чтобы несущая способность ее была обеспечена, или же, если сечение балки известно, проверить, достаточно ли оно для того, чтобы конструкция не разрушилась.

Из уравнений (4.2) и (4.3) получим известное соотношение

(4.4)

где — допускаемое краевое напряжение.

В ряде случаев к конструкции могут предъявляться также требования, ограничивающие по тем или иным соображениям ее прогибы. С помощью методов строительной механики и соотношения (4.3)

(4.5)

где — коэффициент, зависящий от вида загружения и условий опирания балки;

— допустимый прогиб.

Решение подобных задач для железобетонного элемента намного сложнее. Свойства железобетона и его составляющих свидетельствуют о том, что материал этот далек от идеального. Расчет железобетонных конструкций как упругих элементов возможен лишь при очень небольших нагрузках. При эксплуатационных же нагрузках бетон не подчиняется закону Гука (диаграмма носит нелинейный характер и зависит от времени), оказывается несправедливой гипотеза плоских сечений; кроме того, после появления трещин железобетон теряет сплошность, т. е. классические методы сопротивления материала к его расчету оказываются неприменимыми. Точный же аналитический учет всех факторов, относящихся к геометрической и физической сторонам задачи, представляется затруднительным как вследствие их сложности и многочисленности, так и недостаточности знаний о некоторых из них. Поэтому при разработке методов расчета железобетонных конструкций широко используются опытные данные, полученные в результате специальных экспериментов, направленных на выявление влияния того или иного фактора или совместного их действия.

Эксперименты показывают, что по мере увеличения нагрузки на железобетонную балку в ней могут возникать трещины по нормальным и наклонным к ее продольной оси сечениям. Причиной, первых являются нормальные напряжения, вторых — главные растягивающие. Разрушение может произойти как от развития нормальных, так и наклонных трещин.