Лекция №6 расчет прочности изгибаемых элементов

§ 4.1. Виды изгибаемых элементов и их конструктивные особенности

Изгибаемые железобетонные элементы применяют в виде плит и балок, которые могут быть самостоятель­ными конструкциями или входить в состав сложных конструкций и сооружений (ребристые перекрытия, элемен­ты каркасов сооружений и т. п.).

Плитой называют конструкцию, имеющую малую толщину по сравнению с пролетом и шириной .Толщину плит назначают возможно меньшей, так как расход бетона на эти конструкции составляет значительную долю его общего расхода на сооружение. Наименьшая толщина плиты должна удовлетворять требованиям прочности и жесткости. Толщину монолитных плит принимают кратной 10 мм, но не менее: для покрытий —40 мм, для междуэтажных перекрытий гражданских и промышленных зданий — соответственно 5.0 и 60 мм. Минимальная толщина сборных плит — 25...35 мм. Армируют плиты сварными сетками. Сетки располагают в соответствии с эпюрой изгибающих моментов со стороны растянутых волокон (см. рис. 9.6). Стержни рабочей арматуры принимают диаметром 3...12 мм, располагая их на участке с максимальным моментом, шагом 100... ...200мм, на остальных участках плиты шаг должен быть не более 400 мм. Распределительные стержни, образующие совместно с рабочими стержнями сетку, обеспечивают правильное положение их при бетонировании воспринимают не учитываемые расчетом усилия от усадки бетона и изменения температуры, а при действии местных нагрузок распределяют их на большую площадь. Распределительные стержни имеют диаметр 3...8 мм, шаг 250...350 мм, площадь поперечного сечения не менее 10 % от сечения рабочей арматуры.

Рис. 7.1. Формы поперечных сечений балок и схемы армирования: 1 — напрягаемая арматура

Балкой называют конструкцию, у которой размеры поперечного сечения а и b значительно меньше ее пролета l.

Поперечные сечения железобетонных балок без предварительного натяжения арматуры обычно бывают прямоугольные, тавровые (с полкой внизу или вверху), трапециевидные (рис. 7.1,а...г) и др. Характерными сечениями предварительно напряженных балок являются тавровое, двутавровое (рис. 4.1) и др. Высота балок изменяется в широких пределах и в зависимости от нагрузок и назначения конструкции составляет 1/8…1/15 пролета. В предварительно напряженных балках она может быть уменьшена до 1/25 пролета. В целях типизации элементов высоту сечения h назначают кратной 50 мм, если она не более 600 мм, и кратной 100 мм при большей высоте. Ширину балок назначают (0,3...0,5) Н.

Армирование балок выполняют продольными рабочими стержнями, поперечной арматурой и монтажными стержнями, соединенными между собой в сварные (реже вязаные) каркасы. Продольную рабочую арматуру в балках (как и в плитах) укладывают в растянутых зонах согласно эпюре изгибающих моментов.

Размещают арматуру в один или два ряда по высоте сечения с такими зазорами, которые позволили бы провести плотную укладку бетона и обеспечили надежное сцепление арматуры с бетоном. Требуемые размеры этих зазоров и защитных слоев показаны на рис. 4.1, а. Для продольной ненапрягаемой арматуры обычно применяют стержни диаметром 12...32 мм. Арматура диаметром более 32 мм вызывает трудности при производстве работ и используется реже.

Площадь сечения продольной рабочей арматуры должна быть не менее 0,05 % от площади сечения бетона.

При недостаточной прочности бетона сжатой зоны, а также при действии в сечении моментов двух знаков рабочую арматуру устанавливают и в сжатой зоне (рис. 4.3, д). Монтажную арматуру принимают диаметром 10...12 мм.

Прямоугольные и тавровые сечения шириной ребра 150 мм и менее можно армировать одним плоским сварным каркасом. При ширине балок более 150 мм устанавливают два или больше каркасов, которые объединяются в пространственные путем приварки поперечных соединительных стержней диаметром 5...6 мм через 1...1,5 м (см. рис. 1.4, б).

Поперечную арматуру ставят для воспринятая главных растягивающих напряжений, действующих в наклонных сечениях. Такой арматурой являются хомуты, иногда отгибы, устраиваемые обычно под углом 45°. Количество поперечной арматуры, ее диаметр и расстояние между стержнями определяют расчетом и конструктивными требованиями (см. § 4.3).

При высоте балок более 700 мм у боковых граней ставят дополнительные продольные стержни на расстояниях (по высоте) не более 400 мм. Эти стержни служат для восприятия усилий от усадки бетона, температурных деформаций, а также они сдерживают раскрытие наклонных трещин на боковых гранях.

Предварительно напряженная арматура не входит в состав каркасов и размещается в соответствии с эпюрами моментов и поперечных сил. В однопролетных балках небольшой высоты предварительно напряженную арматуру обычно располагают в растянутой зоне прямолинейно по всей длине элемента (рис. 4.2, а). От внецентренно приложенной силы предварительного обжатия балка выгибается и в верхних волокнах появляются растягивающие напряжения по всей длине балки (рис. 4.2 б). При действии эксплуатационных нагрузок в верхней зоне возникают сжимающие напряжения (рис. 4.2 в). Суммируя эпюры напряжений (рис. 4.2,г), получают, что в верхних волокнах балки вблизи опор остаются растягивающие напряжения, которые могут вызвать образование трещин. Для погашения этих напряжений в балках иногда укладывают верхнюю арматуру А'_5Р в количестве 15...25 % от нижней (рис. 4.2, <9). В балках большой высоты часть напрягаемой арматуры располагают прямолинейно, а часть отгибают кверху (рис. 4.2, е). Это снижает растягивающие напряжения в верхних волокнах бетона вблизи опор и улучшает работу балки на главные растягивающие напряжения.

Для предварительно напряженных изгибаемых элементов характерны сечения с развитыми растянутой и сжатой зонами (двутавровые, тавровые). Сжатая полка развивается из условия прочности элементов под нагрузкой, обеспечения устойчивости верхнего пояса и опирания настила, растянутая — из условий размещения арматуры и обеспечения прочности сечения при обжатии. В предварительно напряженных элементах (рис. 4.2, ж...и) помимо напрягаемой арматуры укладывают и ненапрягаемую (расчетную и конструктивную), располагая ее ближе к поверхности элемента так, чтобы поперечная арматура охватывала всю продольную арматуру.

Рис. 4.2. Схемы армирования балок предварительно напряженной арматурой (а...е)_у размещение напрягаемой арматуры в растянутой зоне балок (ж...и):

1 — напрягаемая арматура; 2 — хомуты; 3 —