Лекція №14 розрахунок міцності залізобетонних елементів прямокутного поперечного перерізу при стиску

14.1 Правила проектування.

14.2 Особливості конструювання стиснутих елементів.

Література: [1], С. 236 – 260, [10], [11].

14.1 Правила проектування

Правила проектування залізобетонних конструкцій [10, 11] наводять загальні умови рівноваги елементів прямокутного перерізу при позацентровому стиску та згині, розглядаючи дві форми рівноваги: весь переріз стиснутий; у перерізі є зона розтягу. Для стиснутих ЗБК вони зображені на рис. 60

Розглянемо випадок, коли діаграма механічного стану бетону задається у вигляді полінома (47) і переріз армований стрижнями без попереднього напруження.

Для першої форми рівняння рівноваги набувають вигляду

:

, (78)

:

, (79)

для другої

, (80)

, (81)

тут – кривизна вигнутої осі в перерізі; – деформації бетону крайньої стиснутої фібри; – деформації розтягнутої фібри бетону; ; – висота стиснутої зони бетону; – відстань i-го стрижня (або шару арматури) від найбільш стиснутої грані перерізу; y – відстань від найбільш стиснутої фібри до центра ваги перерізу; е – ексцентриситет прикладання зовнішньої сили N щодо центра ваги перерізу.

Напруження в арматурі визначаються за діаграмами деформування (48, 49), виходячи з того, що .

Рисунок 60 – До розрахунку прямокутного перерізу при позацентровому стиску: а – перша форма рівноваги; б – друга форма рівноваги

Системи двох нелінійних алгебраїчних рівнянь з двома невідомими розв’язуються підбором з контролем критеріїв вичерпання несучої здатності на кожному кроці розрахунків.

За результатами розв’язання системи рівнянь будуються діаграми «нормальна сила – деформації найбільш стиснутої фібри бетону». Максимальні величини N і приймаються за несучу здатність. У разі, якщо визначені величини несучої здатності будуть меншими за зовнішні впливи, необхідно виконати зміну розмірів перерізу, армування або міцності бетону. Величини зовнішніх впливів і підрахованої несучої здатності не повинні відрізнятися більше ніж на 3%.

14.2 Особливості конструювання стиснутих елементів

Форма поперечного перерізу стиснутих елементів найчастіше буває квадратною або прямокутною, розвиненою в площині дії моменту. При значних згинальних моментах М, що діють в одному напрямі, поперечний переріз збірних ЗБК доцільно приймати тавровим або двотавровим, його розміри визначають розрахунком, для колон їх приймають кратними 50 мм.

Стиснуті елементи, що працюють у звичайних умовах, виготовляють із бетону класу не нижче ніж С12,5/15, а сильно навантажені − С20/25. У колонах діаметр поздовжніх стрижнів призначають не менше за 16 мм. Поздовжню й поперечну арматуру об'єднують у плоскі або просторові зварні чи в'язані каркаси. У лінійних позацентрово стиснутих елементах відстані між осями стрижнів поздовжньої арматури необхідно приймати такими: у напрямку, перпендикулярному до площини згинання, – не більше ніж 400 мм, а в напрямку площини згинання − 500 мм. Якщо відстань між осями робочих стрижнів у напрямку площини згинання перевищує 500 мм, установлюють конструктивну арматуру діаметром не менше ніж 12 мм, щоб між поздовжніми стрижнями було не більше ніж 400 мм. Робочі стрижні в поперечному перерізі колон розміщують ближче до поверхні елемента, мінімальна товщина захисного шару завжди більша діаметра й більша за 20 мм.

Поперечною арматурою стиснуті стрижні закріплюють від утрати стійкості у будь-якому напрямку. Її діаметр приймають не менше ніж ( − найбільший діаметр поздовжньої арматури і при в'язаних каркасах не менше ніж 5 мм). За наявності поздовжньої арматури, котру беруть до уваги в розрахунках, хомути розміщують на відстані не більше ніж 500 мм, а також не більше ніж 20 при зварних каркасах і не більше ніж 15 при в'язаних.

Рисунок 61 – Армування стиснутих елементів гнучкою арматурою: а, б, д − зварними каркасами; в, г − в'язаними; 1 − зварні каркаси; 2 − з'єднувальні стрижні, 3 − шпильки; 1-1 − площина, в якій діє момент

Якщо крайні плоскі каркаси мають проміжні поздовжні стрижні, то вони через один і не менше ніж через 400 мм за шириною грані елемента з'єднують із поздовжніми стрижнями, розташованими біля протилежної грані, шпильками. Шпильок не ставлять, коли ширина грані елемента мм, а також якщо кількість поздовжніх стрижнів біля цієї грані не перевищує чотирьох. У разі застосування в'язаних хомутів поздовжні стрижні (принаймні через один) розташовують у місцях перетину хомутів, а ці перетини на відстані не більше ніж 400 мм по ширині грані елемента. Для стиснутих елементів застосовують коефіцієнт армування 3 %, для позацентрово стиснутих – 0,5 – 1,2 %, мінімальний відсоток армування залежить від і приймається 0,05 – 0,25.