Принципы расчета деревянной лобовой врубки. Лобовые врубки деревянных конструкций

В нормальном решении лобовой врубки площадку смятия пропиливают перпендикулярно направлению сжимающей силы N_c = N_cм 

Поперечная составляющая сжимающей силы N_сsin γ =А при этом прижимает зуб нижнего пояса в зоне максимальных скалывающих напряжений. Продольная составляющая N_c cos γ = N_p = Т_ск должна быть надежно воспринята сопротивлением скалыванию вдоль волокон древесины; среднее скалывающее напряжение должно быть не более

τ^ср_ск= Т_ск/F_ск=( N_c cos γ)/(l _скb)≤ R^cр_cк = R_ск/(1+ βl _ск/e),

 

где R_ск —основное (максимальное) расчетное сопротивление скалыванию вдоль волокон R_ск = 24 кг/см², умноженное на соответственные коэффициенты, зависящие от породы древесины, режим эксплуатации и т.п.

 

 

При конструировании узловых сопряжений сквозных  дерев констр. необходимо соблюдать центрировку по ослабленным сечениям.

 

В приведенной на рис. 2 конструкции опорного узла брусчатой фермы центрировка сжимающей силы N_c по площадке смятия F_смосуществляется путем расположения центра тяжести площадки смятия на оси сжатого пояса. Полагая, что в предельном состоянии напряжения σсм равномерно распределены по площадке смятия, можно рассчитывать сжатый пояс на действие силы N_c, центрально приложенной в узле.

 

Равномерность распределения напряжений σр в ослабленном врубкой сечении растянутого пояса обеспечивается целесообразным назначением места расположения центра опоры. Во избежание смещения его при монтаже фермы положение опорной подушки должно быть заранее фиксировано (например, прибойной, рис. 2).

 

Центрировка лобовой врубки по сечению нетто обязательна также в случаях распределенного приложения нагрузки к сжатому поясу При этом центр узла Ц и соответственное положение опорной реакции определяются пересечением усилия Np в нижнем поясе, центрированного по сечению нетто, с усилием в верхнем поясе, отклоненным в центре площадки смятия от направления оси сжатого пояса под воздействием поперечной составляющей внеузловых нагрузок

 

. Нормальное решение лобовой врубки в опорном узле простейшей треугольной фермы из бревен при действии распределенной по верхнему поясу нагрузки

(штрих-пунктиром показана осевая центрировка, практически достаточно точная для бревенчатых деревянных конструкций)

 

Опорный узел треугольных бревенчатых или брусчатых ферм является самым ответственным конструктивным узлом фермы, поэтому в нем должны встречаться комлевые концы, нижнего и верхнего поясов. Рекомендуется применение обзольных брусьев, у которых при минимальной опиловке тонкого конца бревна в опорном узле сопрягаются обрезные комлевые концы почти без обзола.

 

Опорная подбалка конструктивно подкрепляющая нижний пояс фермы в месте максимального ослабления его врубкой, одновременно должна защищать его от непосредственного соприкосновения с опорой. Подбалка и опорный лежень, как правило, должны быть антисептированы.

Арматура для железобетонных конструкций. Классификация. Арматурные изделия.Арматурой называют стальные стержни различной формы, сетки и объемные каркасы из них, представляющие собой составную часть железобетонных конструкций и отвечающие техническим и технологическим требованиям. Требования к арматуре определяются необходимостью обеспечить совместную ее работу с бетоном на всех стадиях службы конструкции. Сталь для арматуры должна обладать прочностными характеристиками, которые могут быть наиболее полно использованы при работе конструкции, и свойства^ ми, необходимыми для выполнения арматурных работ и их индустриализации. Первое из этих требований удовлетворяют путем улучшения сцепления арматуры с бетоном. Решающее влияние на величину сцепления оказывают профиль и состояние поверхности стержня. Требования к прочности и технологическим свойствам арматуры обеспечиваются химическим составом сталей, способами их производства и обработки.

По назначению арматуру подразделяют на рабочую, распределительную, монтажную и хомуты.

Рабочая арматура (расчетная) воспринимает главным образом растягивающие (в некоторых случаях сжимающие) усилия, возникающие от внешних нагрузок и воздействия силы тяжести конструкции, а также создает предварительное напряжение.

Распределительная арматура (конструктивная) предназначена для закрепления стержней в каркасе путем сварки или вязки с рабочей арматурой, обеспечения совместной их работы и равномерного распределения нагрузки между ними.

Монтажная арматура поддерживает при сборке каркасов отдельные стержни рабочей арматуры и способствует установке их в проектное положение. Стержни монтажной арматуры применяют также для соединения плоских арматурных элементов в один пространственный каркас.

Хомуты предназначены для предотвращения косых трещин в бетоне конструкций (балок, прогонов, колонн) и для изготовления арматурных каркасов из отдельных стержней для тех же конструкций.

В зависимости от условий применения армадуру подразделяют на ненапрягаемую и напрягаемую.

Неиапрягаемую арматуру применяют в обычных и предварительно напряженных конструкциях, а напрягаемую — только в предварительно напряженных конструкциях. Такое подразделение важно, так как арматурная сталь класса А-IV может быть использована в качестве как напрягаемой, так и ненапрягае- мой арматуры, а высокопрочную арматурную сталь применяют только в качестве напрягаемой.

Эффективность напрягаемой арматуры повышается при увеличении ее прочности, поэтому в качестве напрягаемой арматуры целесообразно применять высокопрочные арматурные стали. В каркасах железобетонных конструкций напрягаемую арматуру соединяют с ненапрягаемой с помощью распределительной неиапрягае- мой арматуры, т. е. сеток и стержней, пропущенных между ее рядами и с наружных сторон. Поэтому можно применять как свариваемую, так и несвариваемую напрягаемую арматуру. Напрягаемую арматуру используют в предварительно напряженных железобетонных конструкциях только в качестве рабочей, неиапрягаемую— в качестве рабочей, распределительной и монтажной в самых различных конструкциях, начиная от сравнительно мелких и ажурных сборных железобетонных изделий и кончая огромными монолитными гидротехническими сооружениями. Всю ненапрягае- мую арматуру следует сваривать. Это позволяет механизировать и автоматизировать арматурные работы и переходить от применения вязаной арматуры к сварным арматурным изделиям — каркасам и сеткам.

По виду поставляемой арматурной стали различают .стержневую, проволочную арматуру и арматурные изделия.

В зависимости от профиля стержневая и проволочная арматура бывает гладкая и периодического профиля.

Стержневую арматуру подразделяют на следующие виды:

горячекатаную, не подвергающуюся после проката упрочняющей обработке, классов A-I, A-II, A-III, A-IV и A-V;

термически упрочненную> подвергающуюся после проката упрочняющей термической обработке, классов Ат-IV, AT-V И AT-VI;

упрочненную вытяжкой, подвергающуюся после проката упрочнению вытяжкой в холодном состоянии, классов А-Нв и А-Шв.

Проволочную арматуру подразделяют на следующие виды:

арматурную проволоку из низкоуглеродистой стали (обыкновенную) круглую (гладкую) класса B-I и периодического профиля класса Вр-I, из углеродистой стали (высокопрочную) круглую (гладкую) класса B-II и периодического профиля класса Вр-И;

витую проволочную арматуру, т. е. арматурные канаты (спиральные) семипроволочные класса К-7 и девятнадца- типроволочные класса К-19, арматурные канаты, двухпрядные класса К2, трехпрядные КЗ и многопрядные класса Кп.

Арматура называется несущей, если она до бетонирования монолитных железобетонных конструкций используется для подвески опалубки и способна воспринимать монтажные и транспортные нагрузки, возникающие при работе, а также нагрузки от силы тяжести бетона и опалубки. Несущая арматура требует увеличения расхода стали. Поэтому ее применяют только в тех случаях, когда это обосновано технико-экономическим расчетом.

 Арматурные изделия заводского изготовления: а — плоская сетка, 6, в — плоские каркасы, г — пространственный каркас, д — пространственный каркас таврового сечення, е — то же, двутаврового сечения, ж — гнутая сетка, з — то же, криволинейного сечения, и — закладные детали

Арматурные стали классов A-I, A-II, A-III, B-I, Вр-I применяют в качестве ненапрягаемой арматуры в обычных и предварительно напряженных железобетонных конструкциях, арматурные стали классов A-IV, A-V, Ат-IV, AT-V, AT-VI, B-II, Bp-Il, K-7, K-19, K2, КЗ и Кп — в качестве напрягаемой арматуры предварительно напряженных железобетонных конструкций.

Железобетонные конструкции армируют укрупненными арматурными изделиями заводского изготовления, к которым относятся плоские и гнутые сетки и каркасы, пространственные (объемные) каркасы и закладные детали ( 5).

Часть арматурных изделий унифицирована, и их выпускают централизованно. К таким изделиям относятся сварные арматурные легкие сетки (плоские и рулонные) и тканые сетки для армоце- мента. Легкими сварными сетками условно принято называть сетки из арматуры диаметром от 3 до 12 мм.

Для изготовления сеток по ГОСТ 8478—81 применяют арматурную проволоку диаметром 3; 4 и 5 мм классов Вр-I и B-I и горячекатаную сталь диаметром 6 и 8 мм класса A-III.        

 Легкие сварные сетки: а — рулонная, б — плоская, в — рулонная с укороченными поперечными стержнями; L — длина плоской сетки. А — ширина сеток, D — диаметр продольных стержней, d — диаметр поперечных стержней. V —основной шаг продольных стержней, и — основной шаг поперечных стержней, V, — доборный шаг продольных стержней, щ — доборный шаг поперечных стержней, С\ и Ci — свободные концы продольных стержней. К — свободные концы поперечных стержней, Ь — длина укороченного поперечного стержня из стальных стержней рабочей и распределительной или только рабочей арматуры, расположенных на расстоянии 10...250 мм один от другого в двух взаимно перпендикулярных направлениях и соединенных в местах пересечения контактной точечной сваркой.

Длина плоских сеток не превышает 9 м, длина рулонных сеток зависит от массы рулона, которая должна быть в пределах 900... 1300 кг, ширина сеток — от 1 до 3,8 м. Благодаря доборным шагам, расположенным с одного из краев по ширине и длине сеток, их можно изготовлять любого, не кратного основным шагам размера по ширине рулонных сеток и по ширине и длине плоских сеток

При унификации сварных сеток учитывались параметры арматурных каркасов массовых типовых железобетонных конструкций, поэтому поставляемые централизованно плоские и рулонные сетки пригодны для армирования сборных железобетонных плит промышленных и жилых зданий, монолитных конструкций, а также для изготовления пространственных арматурных каркасов. Из поставляемых промышленностью сварных плоских и особенно рулон

ных сеток (товарных) можно вырезать, составлять и гнуть сетки любых размеров и конфигураций. При этом трудоемкость изготовления арматурных изделий в цехах и на строительных площадках резко сокращается. По ГОСТ 8478—81 изготовляют также сетки с укороченными через один поперечными стержнями, которые называют сетками экономичного армирования. 

Тканые сетки для армоцементных конструкций выпускают по ГОСТ 12184—66 с ячейками 5...20 мм из проволоки диаметром от 0,5 до 1,6 мм. Для производства тонкостенных армоцементных конструкций типа оболочек двоякой кривизны, предназначенных для строительства складских и производственных зданий и защитных гидроизоляционных зонтов станций метрополитена, в основном применяют тканые сетки с ячейками 7 и 10 мм из проволоки диаметром 0,7 и 1 мм.

Для изготовления плоских сварных тяжелых сеток (ГОСТ 23279—78) используют стержневую арматуру диаметром от 6 до 40 мм. Тяжелыми сварными сетками называют сетки с диаметрами продольных, поперечных или тех и других стержней от 14 до 40 мм. Сварные тяжелые арматурные сетки изготовляют трех типов ( 7):

1 —с рабочими стержнями в продольном направлении и распределительными (монтажными) стержнями в поперечном направлении;

2          — с рабочими стержнями в поперечном направлении и распределительными (монтажными) стержнями в продольном направлении;

3          — с рабочими стержнями в продольном и поперечном направлениях.

Шаг продольных стержней может быть от 100 до 400 мм, шаг поперечных — от 100 до 600 мм. Длина сеток типа 1 может быть от 0,85 до 11,95 м (через 0,3 м), типов 2 и 3 — до 5,95 м. Ширина сеток составляет от 0,65 до 3,05 м.

По индивидуальным заказам допускают также специальные арматурные сетки индивидуальных размеров и сечений.

Армировать железобетонные конструкции можно как плоскими отдельными сетками, так и пространственными каркасами, которые собирают из унифицированных тяжелых и легких сеток или плоских каркасов и соединительных стержней. Плоские каркасы выпускают в виде относительно узких и длинных изделий из рабочих продольных и распределительных поперечных стержней. Плоские каркасы иногда называют узкими сетками, чтобы не путать их с пространственными каркасами.

Пространственные каркасы выпускают различных сечений — замкнутые, прямоугольные и криволинейные, с переменным сечением по длине и т. д. Пространственные каркасы линейных элементов собирают в основном из узких сеток с помощью контактной точечной сварки.

Закладные детали предназначены для соединения сборных железобетонных изделий между собой и монолитных конструкций со сборными с целью образования жесткого каркаса при возведении зданий и сооружений. Закладные детали состоят из пластин — отрезков полосовой, угловой или фасонной стали с приваренными к ним тавровыми или нахлесточными соединениями нормальными или касательными анкерами, предназначенными для закрепления закладной детали в бетоне изделия. Допускается заанкеривание закладной детали в бетоне путем приваривания к рабочей арматуре. Закладные детали могут быть снабжены также устройством для крепления к формам (например, отверстием в пластинах), упо-, рами для работы на сдвиг, арматурными коротышами для фиксации положения рабочей арматуры или самой закладной детали, болтами для соединения сборных элементов. Размеры и толщина пластин и диаметр анкеров зависят от вида стыкуемых элементов и нагрузок, воспринимаемых закладными деталями. Толщина пластин должна быть не менее 6 мм, толщина стенок или полок фасонного проката, к которому приваривают анкеры и соединительные детали, — не менее 5 мм. В больших пластинах, находящихся при формовании сверху, предусматривают отверстия для выхода воздуха и контроля качества бетонирования.

Преимущественно применяют анкеры закладных деталей из стали классов А-И и A-III. На концах анкеров из стали класса A-I должны быть крюки, шайбы или высаженные головки. Длина заготовок анкеров назначается кратной 10 мм. При определении длины заготовок нормальных анкеров учитывают припуск на осадку при сварке, который равен диаметру анкера. Нахлесточные соединения анкеров с пластинами закладных деталей выполняют контактной рельефной сваркой или дуговой электросваркой. До выполнения контактной рельефной сварки на плоском элементе выштамповывают рельефы. Операцию выштамповки рельефов совмещают с вырубкой плоского элемента по контуру, рихтовкой его, а также вырубкой в нем отверстия для крепления закладной детали на форме в процессе формования железобетонных конструкций (если отверстие предусмотрено проектом). Анкерные стержни размещены на пластине симметрично одной из ее осей, а их количество должно быть четным.

Надежность и долговечность сопряжений сборных железобетонных элементов в значительной степени зависят от способа противокоррозионной защиты закладных деталей. Все виды лакокрасочных покрытий (масляная краска на железном сурике, эмаль и лак) не выдерживают длительного срока испытаний: в местах повреждений покрытия сталь в щелочной среде становится катодом гальванической пары, а под краской—анодом, В результате в местах нарушения лакокрасочного покрытия возникает интенсивная язвенная коррозия стали.

Эффективный метод защиты стали от коррозии — оцинковывание. Местные повреждения оцинковки не вызывают язвенной коррозии стали. Цинк обладает большим отрицательным электрохимическим потенциалом по сравнению с железом, поэтому в присутствии влаги, проникающей через трещины или поры покрытия, образуется гальванический элемент, в котором цинк растворяется и защищает сталь от коррозии.

Цинковые покрытия наносят на закладные детали путем металлизации, гальванизации или же по способу горячего оцинко- вания. В промышленных зонах городов с относительно высокой степенью загрязненности атмосферы сернистыми соединениями допускается только покрытие методом металлизации. Осуществляется оно после пескоструйной обработки закладных деталей для очистки поверхности от ржавчины и придания ей шероховатости. На чистую поверхность закладной детали наносят путем распыления сжатым воздухом слой расплавленного цинка с помощью электрических или газопламенных металлизаторов.

Коррозия железобетона. При действии на железобетонные конструкции агрессивной жидкой или газообразной среды в них возникают процессы коррозии, развитие которых может вызвать значительные повреждения. Процессы коррозии могут протекать в бетоне и (при определенных условиях) в арматуре.

Развитие коррозии зависит от плотности и проницаемости бетона, свойств цемента, скорости поступления агрессивной жидкости или газа к поверхности бетона, характера агрессивной среды. Различают три основных вида коррозии бетона.

К первому виду могут быть отнесены процессы коррозии, которые возникают в бетоне при действии водных растворов, когда в воде, фильтрующейся через бетон, происходит прямое растворение составных частей цементного камня и в первую очередь гидроксида кальция Са(ОН)2 (так называемая коррозия выщелачивания). Составные части цементного камня растворяются и выносятся из структуры бетона. Особенно интенсивно эти процессы могут протекать при фильтрации воды через толщу бетона, причем наиболее опасна фильтрация под напором. Если в воде содержатся соли, не реагирующие непосредственно с составными частями цементного камня, они могут повысить растворимость гидратированных минералов цементного камня вследствие повышения ионной силы раствора . Процессы коррозии второго вида обусловлены химическими взаимодействиями (обменными реакциями) между компонентами цементного камня и раствора, в том числе обмен катионами (положительно заряженными ионами); образующиеся продукты таких химических реакций либо легко растворимы в воде и выносятся из структуры в результате диффузии или фильтрационных потоков, либо отлагаются в виде аморфной массы, не обладающей вяжущими свойствами и не влияющей на дальнейший разрушительный процесс. Такой вид коррозии представляют процессы, возникающие при действии на бетон растворов кислот и некоторых солей.

К третьему виду относятся процессы, при развитии которых в порах бетона происходят накопление и кристаллизация малорастворимых продуктов реакции с увеличением объема твердой фазы. Наиболее часто такие явления наблюдаются в морских сооружениях, которые частично погружены в воду и имеют открытую для испарения поверхность. В них, если не принять необходимые меры, возможно накопление раствора солей за счет капиллярного подсоса и последующего испарения воды из наружных частей конструкции. Увеличение объема твердой фазы сопровождается возникновением усилим в цементном камне, которые могут привести к повреждению или даже к разрушению бетона.

В естественных условиях происходит коррозия всех трех видов с преобладанием идного из них.

Наиболее вредны для бетона соли ряда кислот, особенно серной (H2SO4), так как они образуют в цементе сульфаты кальция (CaSO4) и алюминия. В частности, сульфатоалюминат кальция (так называемая “цементная бацилла”) легко растворяется, сильно увеличивается в объеме и вытекает в виде белой слизи, образующей подтеки на поверхности бетона. В случае действия сульфатов бетон разрушается тем интенсивнее, чем больше его пористость и проницаемость

Очень агрессивны воды, содержащие сернокислый кальций. К ним относятся и грунтовые в которых имеются отходы производства — гипс, шлак и т. п. Наличие в 1 л. и 0,2 г сульфатов делает воды агрессивными, при повышении содержания до 0,5 г они разрушают бетон. Опасны также воды с магнезиальными солями. Так как реакция между ними и минералами, составляющими цементный камень, в первую очередь происходит в зоне контактов с заполнителями (эти зоны являются также зонами максимальных напряжений), то прочность бетона здесь снижается особенно интенсивно.  Из кислот наиболее опасны соляная (НСl) и азотная (HNO3). Несколько более замедленное, но также разрушающее действие оказывают серная и сернистая (H2SO3) кислоты. Натриевые (NaOH) и калиевые (КОН) щелочи менее вредны для бетона вследствие их медленного действия. Опасными надо считать лишь сильно концентрированные растворы в горячем виде. Морская вода при систематическом воздействии оказывает вредное влияние на бетон, поскольку содержит сульфат магния (MgSOA), хлористую магнезию (MgCl2) и другие вредные соли. Отрицательно сказываются на структурообразо- вании, а значит и на коррозионной стойкости бетона, жесткие режимы его тепловлажностной обработки. Повышает опасность коррозионного разрушения и напряженное состояние бетона в растянутых зонах, а также при высоких напряжениях в сжатой зоне конструкции за счет образования в перечисленных зонах микро- и макротрещин.

Наиболее простой и действенной мерой предохранения бетона от влияния агрессивной среды является увеличение плотности. Плотность бетона достигается соответствующим подбором зернового состава заполнителей, понижением водоцементного отношения и тщательной укладкой. Повышению плотности способствует добавка трасса, шлаковой или каменной муки в количестве 20...30% от веса цемента.  При наличии в воде вредных кислот (в сотых долях процента) или слабых растворов минеральных солей, отрицательно влияющих на бетон (морская вода, соленая вода озер, городские сточные воды и т.д.), следует отказаться от портландцемента, заменяя его шлакопортланд- цементом и глиноземистым цементом. При содержании кислот в десятых долях процента (главным образом воды промышленных предприятий и химических заводов) прибегают к нанесению торкретированием поверхностного слоя цементного раствора с добавками церезита (5...10%), добавлению кислотоупорного цемента и к битумным и асфальтовым защитным покрытиям.

При повышенном содержании кислот (до 1...2%) или растворов солей при повышенных температурах следует применять кислотоупорные облицовки. Основное условие защиты арматуры в бетонах на портландцементе — пассивация ее поверхности щелочью [Са{ ОН)2], которая в значительном количестве выделяется при гидратации некоторых составляющих цементного клинкера.

Коррозия арматуры в бетоне может начаться после нарушения пассивности стали. Чаще всего в обычной промышленной атмосфере это происходит в результате связывания гидроскида кальция бетона находящимся в воздухе углекислым газом, т.е. карбонизации бетона или его выщелачивания. При этом щелочность раствора понижается и надежная защита стали не обеспечивается.

Коррозия арматуры может быть следствием недостаточного содержания цемента в бетоне, наличия в бетоне вредных добавок (например, поваренной соли, если ее добавляют в избыточных количествах при производстве работ в зимних условиях), недостаточной толщины защитного слоя, малой плотности бетона.

В последние годы железобетонные конструкции широко применяют в химической промышленности, где возможно выделение самых разнообразных агрессивных газов, многие из них проникают через бетон почти безпрепятственно; при этом возможна интенсивная коррозия арматуры под плотным бетоном.

Особенно интенсивно развивается коррозия в тех случаях, когда в бетоне имеются трещины, раковины доходящие до арматуры, крупные поры.

Углекислый газ и другие агрессивные к стали газы, проникая через неплотности бетона, депассивируют поверхность арматуры. При раскрытии трещин нарушается сцепление между бетоном и арматурой и поступление кислорода к поверхности арматуры через трещины значительно увеличивается.

Коррозия арматуры представляет собой процесс постепенного разрушения ее поверхности (ржавления) в результате химического и электролитического действия окружающей среды, когда имеет место переход ионов металла в указанную среду (анодная реакция), а услови* обратного перехода отсутствуют.

Развитие процесса коррозии арматуры в бетоне сопровождаете* образованием продуктов коррозии, занимающих в 2...2,5 раза больший объем по сравнению с объемом прокорродированного металла. Поэтому в процессе коррозии возникает значительное радиальное давление п? окружающий бетон, вызывающее образование трещин вдоль арматурных стержней и откалывание защитного слоя. При пористом бетоне и тонкой арматуре трещин может и не быть так как продукты коррозии распределяются в крупных порах бетона i развиваемого давления оказывается недостаточно для разрушения защитного слоя.

В предварительно напряженных конструкциях могут возникнуть более опасные случаи коррозии, так как арматура их подвергается действию высоких напряжений. В первую очередь это относится к случаям, когда напряжения в арматуре находятся на уровне предела текучести и выше, что связано с разрушением естественных защитных окисных пленок. Кроме того, в предварительно напряженных конструкциях применяют, как правило, арматуру малых диаметров и поражение коррозией арматурной проволоки или стержней на небольшую глубину от поверхности вызывает значительное ослабление сечения. Правда, это не значит, что коррозия относительно толстой предварительно напряженной арматуры менее опасна, чем тонкой, так как достижение высокой прочности такой арматуры сопровождается, как правило, появлением склонности к носящему межкристаллический характер коррозионному растрескиванию.

Существенное влияние на коррозионную стойкость арматурных сталей оказывает их химический состав. В частности, на коррозию углеродистых сталей содержание углерода в щелочной среде (коррозия проходит с участием растворенного кислорода) заметно не влияет. Наличие марганца также практически не отражается на стойкости арматурных сталей. Кремний в небольших количествах несколько повышает стойкость стали в солевых растворах, а при увеличении его содержания до 1% - ускоряет коррозию. Хром повышает стойкость стали пропорционально его содержанию. В целом, как показывают исследования, низколегированные стали обладают большей коррозионной стойкостью, чем углеродистые.

Повышение температуры и влажности окружающей среды во всех случаях ускоряет процесс коррозии арматуры.

Влияние коррозионных поражений поверхности металла на механические свойства аналогично действию концентраторов напряжений, которые локализуют пластические деформации в небольшом объеме металла. У мягких сталей около этих очагов поражений происходит перераспределение напряжений, поэтому их чувствительность к коррозионным поражениям заметно меньше, чем высокопрочных, обладающих малой пластичностью (длительно сохраняющих концентрацию напряжений в пораженных местах) и имеющих значительное число дефектов структуры.

Эффективным средством повышения коррозионной стойкости и долговечности железобетонных конструкций является защитный слой рациональной толщины. Достаточно хорошо зарекомендовали себя на практике такие виды защиты бетона и арматуры от коррозии при работе в условиях агрессивной внешней среды, как гидрофобизация поверхности бетона (наиболее широко применяют для этой цели кремнийорганические материалы), лакокрасочные покрытия (хлоркаучуковые, эпоксидные и некоторые другие) и рулонная оклеечная изоляция (полиэтиленовая пленка, гидрозол, бризол, стеклорубероид и др.).

Мероприятия по повышению коррозионной стойкости железобетона. Канализационные сети – это часть подземной инфраструктуры городов, играющей важную роль для обеспечения их жизнедеятельности. В середине XX века в России велась активная застройка с заложением соответствующих инженерных сетей, в том числе сетей водоотведения. А при их устройстве преимущественно применялись коллекторы из монолитного или сборного железобетона. К положительным качествам железобетонных конструкций для водоотводящих сетей можно отнести их небольшую стоимость, отсутствие дефицита в сырьевых материалах при производстве, технологичность при монтаже, последующей эксплуатации и долговечность.

К недостаткам железобетонных коллекторов можно отнести низкую стойкость к биодеструкции тела бетона, а также частый выход из строя стыков труб [1].

Ранее процесс сероводородной коррозии был мало изучен: отсутствовали методы выявления и прогнозирования факторов, влияющих на процессы разрушения железобетона канализационных коллекторов. Применяемые изделия зачастую обладали ограниченной коррозионной стойкостью и имели низкую по водонепроницаемости марку бетона (ниже W4) [2]. При таких показателях железобетонные коллекторы не могут обеспечить нормативную долговечность, которая должна составлять не менее 50 лет. В итоге эксплуатационным службам городов приходится осуществлять преждевременный капитальный ремонт канализационных сетей или производить их полную замену. Кроме того, в последние годы происходили крупные аварии на железобетонных коллекторах, причинившие существенный экологический и материальный ущерб городам и населенным пунктам. Исходя из этого, актуальными являются задачи прогнозирования скорости коррозии водоотводящих коллекторов и разработка мероприятий, способствующих повышению их долговечности [3].

Изучению вопроса повышения долговечности бетонных и железобетонных конструкций в различных средах, в том числе и агрессивных, посвящены труды многих ученых: В.С. Асяновой [4], П.Л. Кантора [4], М.В. Кафтаевой [2], М.М. Косухина [5], В.М. Латыпова [4], О.Ю. Огрель [5], В.И. Павленко [5], И.В. Шаповалова [5] и других. Результаты этих исследований показали, что сами сточные воды являются либо слабоагрессивными, либо вообще неагрессивными. Этим обусловливается слабо выраженное коррозионное воздействие ниже уровня сточных вод. Разрушение происходит в сводовой части железобетонных труб из-за биогенной сероводородной коррозии, которая протекает по следующей схеме, представленной на рисунке [4]:

– сульфатредуцирующие бактерии, которые находятся в анаэробном слое иловых отложений, восстанавливают сульфаты до сульфидов, включая H2S;

– в газовую среду коллектора выделяется сероводород, который растворяется в конденсатной влаге сводовой поверхности труб;

– аэробные тионовые бактерии, поселяющиеся на поверхности свода, окисляют H2S и другие серосодержащие соединения до H2SO4;

– серная кислота (H2SO4) вступает в реакцию с бетоном и разрушает его.

По результатам исследований можно сделать вывод, что основные факторы, влияющие на процесс коррозии железобетонных коллекторов, ‒ это геометрические характеристики трубопроводов, гидравлические условия работы трубопроводов, химические параметры среды и показатели качества бетона, определяющие их коррозионную стойкость и др.

В настоящее время отсутствует эффективная методика учета воздействия совокупности вышеназванных факторов, что осложняет выполнение оценки долговечности канализационных коллекторов и обоснование выбора способов их защиты на этапе проектирования.

По действующим ныне стандартам (ГОСТ 6482, ГОСТ 8020) для конструкций коллекторов допускается применять бетон с маркой по водонепроницаемости W4. На наш взгляд, это является причиной низкого качества производимых изделий. На качество изделий влияет и тот факт, что основной объем их производства (до 70 %) осуществляется на старом оборудовании: центрифугах роликового и ременного типа или по технологии вибрационного воздействия. Вместе с тем за рубежом в настоящее время применяются более совершенные технологии производства, позволяющие производить конкурентоспособную по физико-механическим показателям и долговечности продукцию.

Смоделировать в лабораторных условиях в полном объеме протекание коррозии под воздействием биогенной серной кислоты практически невозможно, потому как сероводородная коррозия бетона является сложным многофакторным процессом, в котором принимают участие различные виды бактерий, а сам канализационный коллектор представляет собой некое подобие «биологического реактора». Поэтому для определения численных значений параметров математической модели коррозии и осуществления теоретического прогноза ее скорости необходимо проводить натурные исследования.

Численное значение коэффициента интенсивности реакции серной кислоты с бетоном зависит от параметров, которые также очень сложно измерить (вентиляция подсводового пространства, количество конденсата на стенке коллектора и т.д.), в связи с этим возникает большая погрешность в оценке результатов.

На участках с повышенной агрессией среды меры первичной защиты оказываются недостаточно надежными, поэтому дополнительно должна применяться вторичная защита бетона, наиболее эффективной является устройство защитных оболочек из полиэтилена. Для железобетонных заводов, которые не устанавливают полиэтиленовые оболочки в процессе производства изделий, рекомендованы защитные покрытия из кислотоустойчивых составов на органической или минеральной основе. При этом для восстановления поврежденных коррозией конструкций коллекторов используются специальные ремонтные составы. Максимальный эффект от ремонта достигается совместным применением ремонтного и защитного покрытия, которое наносится по восстановленной поверхности.

Установлено [5], что ремонтные составы, так же как и обычный цементный камень, подвержены интенсивной коррозии.

С целью получения сведений об изменении структуры и качественном составе новообразований испытанных образцов, находившихся в условиях сероводородной коррозии, авторами [4] были проведены исследования, в результате которых установлен механизм коррозии, заключающийся в растворении компонентов цементного камня с последующей кристаллизацией новообразований, а также с увеличением объема. При этом появляющиеся внутренние усилия обусловливают возникновение растягивающих напряжений в корродированном слое цементного камня, вследствие чего он образует несвязную массу и достаточно легко удаляется с поверхности конструкций коллекторов за счет смыва потоком или сползания.

Проанализировав проведенные исследования, авторы [4] делают вывод, что основным направлением для повышения долговечности водоотводящих коллекторов может являться максимальное использование собственных возможностей бетона. Реализовать это возможно применением бетонов повышенной водонепроницаемости, а их получение возможно с применением специальных добавок. Еще одним способом повышения долговечности бетона является применение известнякового заполнителя [6]. В тех случаях, когда этими методами не удается обеспечить долговечность, должны быть применены способы вторичной защиты. Отмечается также, что защита от сероводородной коррозии должна осуществляться комплексно.

Основные мероприятия по повышению долговечности делятся на первичные, вторичные, проектные и эксплуатационные. Они заключаются в применении конструкций коллекторов, максимально устойчивых к данной среде, или в минимизации условий, повышающих агрессивность среды по отношению к бетону водоотводящего коллектора.

Исходя из того, что применение вторичной защиты для конструкций водоотводящих коллекторов ‒ сложно осуществимое мероприятие, необходимо изучить и преодолеть препятствия, ограничивающие их внедрение.

Сделав выводы из анализа разработок последних лет, можно определить доминирующее препятствие и начать работу над его устранением. Учитывая, что составы должны не только выполнять защиту цементного камня водоотводящих коллекторов, но и быть удобными к нанесению на основание [5]. К тому же, необходимо постоянно добиваться снижения стоимости производимых составов.

Защитный слой бетона. Назначение.Защитный слой бетона в железобетонных конструкциях создается размещением арматуры на некотором удалении от поверхности элемента. Защитный слой бетона необходим для совместной работы арматуры с бетоном на всех стадиях изготовления, монтажа и эксплуатации конструкций, он защищает арматуру от внешних воздействий, высокой температуры, агрессивной среды и т. п. Толщина защитного слоя бетона на основании опыта эксплуатации железобетонных конструкций устанавливается в зависимости от вида и диаметра арматуры, размера сечений элемента, вида и класса бетона, условий работы конструкции и т.д.  Толщина защитного слоя бетона для продольной арматуры ненапрягаемой или с натяжением на упоры должна быть не менее диаметра стержня или каната; в плитах и стенках толщиной до 100 мм —10 мм; в плитах и стенках толщиной более 100 мм, а также балках высотой менее 250 мм — 15 мм; в балках высотой 250 мм и более — 20 мм; в сборных фундаментах—30 мм. Толщина защитного слоя бетона у концов продольной напрягаемой арматуры на участке передачи усилий с арматуры на бетон должна составлять не менее двух диаметров стержня из стали классов A-IV, Ат-IV или арматурного каната и не менее трех диаметров стержня классов A-V, A-VI, AT-V, AT-VI. Причем толщину защитного слоя бетона на указанном участке длины элемента принимают не менее 40 мм для стержневой арматуры рсех классов и не менее 20 мм для арматурного каната. Защитный слой бетона при наличии стальных опорных деталей допускается у концов элемента принимать таким же, как и для сечения в пролете. Толщина защитного слоя бетона для продольной напрягаемой арматуры, натягиваемой на бетон и располагаемой в каналах (расстояние от поверхности конструкции до ближайшей к ней поверхности канала), должна быть не менее 20 мм и не менее половины диаметра канала, а при диаметре арматурного пучка 32 мм и более еще и не менее этого диаметра.  Расстояние от концов продольной ненапрягаемой арматуры до торца элементов должно быть не менее 10 мм, а для сборных элементов большой длины (панелей длиной более 12 м, ригелей — более 9 м, колонн — более 18 м) — не менее 15 мм. Минимальную толщину защитного слоя бетона для поперечных стержней каркасов и хомутов при высоте сечения элемента менее 250 мм принимают 10 мм, при высоте сечения элемента 250 мм и более 15 мм.

Виды изгибаемых железобетонных элементов. Работа материалов.(не нашол)

Принципы расчета железобетонных конструкций. При расчете по этому методу четко устанавливают предельные состояния конструкций и используют систему расчетных коэффициентов, введение которых гарантирует, что такое состояние не наступит при самых неблагоприятных сочетаниях нагрузок и при наименьших значениях прочностных характеристик материалов.

Для предельных состояний I группы условие прочности обеспечивается, если усилие, возникающее в элементе от внешних воздействий, не будет превышать предельного усилия, которое может выдержать элемент, т. е. при соблюдении неравенства:

,

где F – усилие от расчетных нагрузок (M, N или Q); F_u – предельное усилие, которое может выдержать элемент (минимальная несущая способность сечения элемента).

            По II группе предельных состояний выполняют расчеты по образованию трещин, раскрытию трещин и расчет по перемещениям.

            Считается, что трещины, нормальные к продольной оси, не появляются, если усилие, возникающее в элементе от внешних воздействий, не будет превышать внутреннего усилия, которое может воспринять сечение перед образованием трещин:

,

где F – усилие от нормативных нагрузок (M или N); F_crc – внутреннее усилие, которое может выдержать элемент перед образованием трещин, т.е. при напряжениях в растянутой зоне сечения равных R_btn.

            Считается, что ширина раскрытия трещин, возникающих в элементе от внешних воздействий, не будет превышать допустимой,  если ее значение меньше предельной:

,

где a_crc – расчетное значение ширины раскрытия трещины; a_crc,u – предельно допустимая ширина раскрытия трещины (приведена в СНиП 2.03.01-84* «Бетонные и железобетонные конструкции») .

            Расчет по перемещениям заключается в определении прогиба элемента и сравнении его  с предельным прогибом:

,

где f – прогиб элемента от внешних воздействий; f_u– предельный прогиб элемента, допустимый по условиям эксплуатации (приведен в СНиП 2.01.07-85* «Нагрузки и воздействия»).

Расчетная схема.

Сжатые элементы железобетонных конструкций. К центрально-сжатым элементам условно относят: промежуточные колонны в зданиях и сооружениях, верхние пояса ферм, загруженных по узлам восходящие раскосы и стойки решетки ферм ( IV.I), а также некоторые другие конструктивные элементы. В действительности, из-за несовершенства геометрических форм элементов конструкций, отклонения их реальных размеров от назначаемых по проекту, неоднородности бетона и других причин обычно центральное сжатие в чистом виде не наблюдается, а происходит внецентренное сжатие с так называемыми случайными эксцентриситетами.

По форме поперечного сечения сжатые элементы со случайным эксцентриситетом делают чаще всего квадратными или прямоугольными, реже круглыми, многогранными, двутавровыми-

Размеры поперечного сечения колонн определяют расчетом. В целях стандартизации опалубки и арматурных каркасов размеры прямоугольных колонн, назначают кратными 50.мм, предпочтительнее кратными 100 мм.

Чтобы обеспечить хорошее качество бетонирования, монолитные колонны с поперечными размерами менее 25 см к применению не рекомендуются

В условиях внецентренного сжатия находятся колонны одноэтажных производственных зданий, загруженные давлением от кранов ( IV.2,а), верхние пояса безраскосных ферм (рис IV.2,б), стены прямоугольных в плане подземных резервуаров, воспринимающие боковое давление грунта или жидкости и вертикальное давление от покрытия ( IV.2,e). В них действуют сжимающие силы N и изгибающие моменты М.

Расстояние между направлением сжимающей силы и продольной осью элемента ео называется эксцентриситетом. В общем случае в любом месте элемента статически определимых конструкций значение эксцентриситета определяют по выражению

где еа — случайный эксцентрицитет (подробнее см. § 1V.2). Для элементов статически неопределимых конструкций принимается ео= =M/N, но не менее еа.

Поперечные сечения внецентренно сжатых элементов целесообразно делать развитыми в плоскости действия момента.

Для сжатых элементов применяют бетон классов по прочности на сжатие не ниже В15, для сильно загруженных не ниже В25.

Колонны армируют продольными стержнями диаметром 12—40 мм (рабочая арматура) преимущественно из горячекатаной стали класса А-Ш и термомеханически упрочненной Ат-ШС, а также поперечными стержнями из горячекатаной стали классов А-Ш, А-П, A-I и проволоки класса B-I ( IV.3). Продольную и поперечную арматуру сжатых со случайными эксцентриситетами и внецентренно сжатых элементов объединяют в плоские и пространственные каркасы, сварные или вязаные ( IV.4, IV.5).

Насыщение поперечного сечения продольной арматурой элементов, сжатых со случайными эксцентриситетами, оценивают коэффициентом \х по формуле (III. 12) или процентом армирования (значения в 100 раз больше), где под As подразумевается суммарная площадь сечения всех продольных стержней.

В практике для сжатых стержней обычно принимают армирование не более 3 %.

Во внецентренно сжатых элементах с расчетными эксцентриситетами продольные стержни размещают вблизи коротких граней поперечного сечения    элемента ( IV.5): арматуру S с площадью сечения As у грани, более удаленной от сжимающей силы, и арматуру S' с площадью сечения А$ у грани, расположенной ближе к продольной силе. Насыщение поперечного сечения вне-центренно сжатых элементов оценивают коэффициентом армирования по площади сечения рабочих стержней продольной арматуры, расположенных у одной из коротких граней. Армирование внецентренно сжатых стержней в практике составляет 0,5—1,2 % площади сечения элемента.

Если площади сечения арматуры S и S' одинаковы, армирование называют симметричным; оно предпочтительнее, чем несимметричное армирование.

Рабочие стержни в поперечном сечении колонны размещают возможно ближе к поверхности элемента с соблюдением минимальной толщины защитного слоя щ, которая по требованиям нормативов должна быть не менее диаметра стержней арматуры и не менее 20 мм (см.  IV.3).

Колонны сечением до 40X40 см можно армировать четырьмя продольными стержнями (см.  IV.4), что соответствует наибольшему допустимому расстоянию между стержнями рабочей арматуры; наименьшее расстояние между ними в свету допускается 50 мм, если стержни при бетонировании расположены вертикально, а при горизонтальном расположении 25 мм для нижней и 30 мм для верхней арматуры, и при всех случаях не менее размера наибольшего диаметра стержня. При расстоянии между рабочими стержнями более 400 мм следует предусматривать промежуточные стержни по периметру сечения элемента с тем, чтобы расстояние между продольными стержнями не превышало 400 мм.

Поперечные стержни ставят без расчета,-но с соблюдением требований норм. Расстояние между ними (по условию обеспечения продольных стержней от бокового выпучивания при сжатии) s (см.  IV.3) должно быть при сварных каркасах не более 20с?, при вязаных — 15с?, но не более 500 мм (здесь с?— наименьший диаметр продольных сжатых стержней). Расстояния s округляют до размеров, кратных 50 мм.

Диаметр поперечных стержней dw в сварных каркасах должен удовлетворять условиям свариваемости (см. прил. IX). Диаметр хомутов вязаных каркасов должен быть не менее 5 мм и не менее 0,25с?, где d — наибольший диаметр продольных стержней. Толщина защитного слоя поперечных стержней aw должна быть не менее 15 мм.

Соединять продольные стержни по длине элемента не рекомендуется.

В местах стыков каркасов на длине перепуска стержней расстояние между поперечными стержнями должно быть не более 10с? (с? —диаметр соединяемых стержней).

Если общее насыщение элемента арматурой более 3%, то поперечные стержни необходимо устанавливать на расстоянии не более \0d и не более 300 мм.

Плоские сварные каркасы объединяют в пространственные с помощью поперечных стержней, привариваемых контактной точечной сваркой к угловым продольным стержням плоских каркасов (см.  IV.5, а). Если в сварных каркасах у больших граней сечения элемента размещены промежуточные стержни, то эти стержни (принадлежащие противоположным каркасам) соединяют между собой дополнительными шпильками, устанавливаемыми по длине элемента с шагом, равным шагу поперечных стержней плоских каркасов.

В вязаных каркасах продольные стержни укрепляют хомутами на перегибах хомутов по крайней мере через один, при ширине грани не более 400 мм н числе продольных стержней у этой грани не более четырех допускается охват всех продольных стержней одним хомутом (см.  IV.5,б).

Предварительное напряжение применяют для внецентренно сжатых элементов с большими эксцентриситетами сжимающей силы, когда изгибающие моменты значительны и вызывают растяжение части сечения, а также для элементов очень большой гибкости. Повышение трещиностойкости и жесткости элемента посредством предварительного напряжения полезно в первом случае для эксплуатационного периода, во втором для периода изготовления, транспортирования и монтажа.

Применять очень гибкие центрально-сжатые элементы нерационально, поскольку несущая способность их сильно снижается вследствие большой деформативности. Во всех случаях элементы из тяжелого бетона и бетона на пористых заполнителях должны иметь гибкость в любом направлении, а колонны зданий

Классификация колонн. Колонны - это вертикально расположенные элементы, которые служат опорами для других конструкций, работающих на сжатие и передают нагрузку от вышележащих конструкций на фундаменты.

Колонны состоят из трех основных частей (рис. 7.1):

1) оголовок, на который опирается вышележащих конструкция, нагружает колонну;

2) стержень - основной конструктивный элемент, который передает нагрузки от оголовка к базе;

3) база, которая распределяет сосредоточен давление от стержня колонны на фундамент и закрепляет колонну соответствии с принятой расчетной схемы.

Центрально сжатые колонны используются для поддержания междуэтажных перекрытий и покрытий зданий, в рабочих площадках, путепроводах, эстакадах и т.п.

Методика расчета колонн зависит от того, в каком напряженном состоянии они находятся, а поэтому в зависимости от схемы нагрузки колонны разделяют на два основных типа:

1) центрально сжатые, на которые нагрузка прикладывается по оси колонны и вызывает только осевое сжатие стержня колонны;

2) внецентренно сжатые (сжато-изогнутые), в которых кроме осевой силы действует еще и изгибающий момент.

По конструкции стержня колонны разделяют на сплошные и сквозные.

Правила конструирования железобетонных колонн. Конструктивный расчет внецентренно сжатых колонн & bsp; Проектирование, конструирование и особенности расчета Целью конструктивного расчета колонн является подбор арматуры при заданных по конструктивным требованиям размерам поперечного сечения. Сборные железобетонные колонны, применяемые для одноэтажных производственных зданий, бывают сплошного сечения, двухветвевые, двутаврового и полого сечений. Наибольшее применение получили колонны сплошного сечения и двухветвевые. В зданиях пролетом до 24 м при шаге колонн 6 м, кранах грузоподъемностью до 50 т и высоте колонн до 12-14 м рекомендуется применять сплошные колонны прямоугольного сечения. Рекомендации по назначению размеров сечений колонн даны в статическом расчете одноэтажной рамы производственного здания. Для изготовления колонн используют бетон классов BI5 - В50. Площадь сечения рабочей продольной арматуры рассчитывают, причем в зависимости от гибкости она должна быть не менее: при l0/h &l ; 5 – As = As' = 0,0005·b·h0; при 5 ≤ l0/h &l ; 10 - As = As' = 0,001·b·h0; при 10 ≤ l0/h &l ; 24 - As = As' = 0,002·b·h0; при l0/h &g ; 24 - As = As' = 0,0025·b·h0. В колоннах при воздействии изгибающих моментов разного знака, но близких по величине, рекомендуется симметричное продольное мирование. Продольную рабочую арматуру колонн применяют обычно из стали класса A-III диаметром не менее 16 мм. Расстояние между осями стержней следует принимать не более 400 мм, при больших расстояниях между ними конструктивно устанавливают дополнительные стержни диаметром 12 мм. В соответствии с конструктивными требованиями поперечную арматуру должны устанавливать на расстояниях при Rsc ≤ 400 МПа - не более 500 мм и не более: 20 d - при сварных каркасах и 15 d - при вязаных каркасах; при Rsc &g ; 450 МПа - не более 400 мм и не более: 15 d - при сварных каркасах и 12 d - при вязаных каркасах. Если насыщение элемента сжатой продольной арматурой составляет свыше 1,5%, а также всё сечение сжато и общее насыщение арматурой свыше 3%, то расстояние между хомутами должно быть не более 300 мм и не более 10d , где d - наименьший диаметр сжатых продольных рабочих стержней. Диаметр поперечных стержней в сварных каркасах назначают из условия сварки . Для местного усиления железобетонных сборных колонн вблизи их стыков применяют косвенное армирование в виде сварных сеток (не менее 4 шт.) из стали классов А-I, А-Ш и Вр-I преимущественно диаметром 5-10 мм, принимая их шаг не менее 60 мм, не более 150 мм и не более 1/3 меньшей стороны сечения колонны. Размеры ячеек сеток не менее 45 мм, не более 100 мм и не более 1/4 меньшей стороны сечения колонны. Ветви двухветвевой колонны в нижней части соединяют распорками, расстояние между осями которых принимают (8.12) hw, где hw - меньший размер поперечного сечения ветви. Высоту сечения рядовой распорки принимают равной (1,5.2) hw, а верхней - не менее удвоенной высоты сечения рядовой распорки. Расстояние от уровня пола до низа первой надземной распорки для обеспечения удобного прохода принимают не менее 1,8 м. Армирование распорок обычно симметричное.

Верхнюю распорку армируют рабочими продольными стержнями, отгибами, горизонтальными и вертикальными поперечными стержнями (рисунок 1). Шаг горизонтальных стержней следует принимать не более 1/4 высоты распорки и не более 150 мм, вертикальных стержней - не более 200 мм, при этом суммарная площадь горизонтальных поперечных стержней принимается не менее 0,001·b·h0, где b и h0 - соответственно ширина и рабочая высота сечения распорки, а площадь отгибов - ≥0,002·b·h0, при этом необходимость установки отгибов проверяют расчетом. Рисунок 1 - Схема армирования верхней распорки: 1 и 7 - арматура ветвей соответственно надкрановой и подкрановой; 2 - сетки косвенной арматуры; 3 и 5 - отгибы соответственно распорки и подкрановой консоли; 6 и 4 - соответственно вертикальная и горизонтальная арматура распорки. Рисунок 2 - Консоль колонны Для опирания подкрановых балок в колонне устраивают короткие консоли (рисунок 2), размеры сечения которых проверяют расчетом, а назначают исходя из следующих положений: высота консоли в опорном сечении h ≥ 250 мм; h&acu e; принимают в зависимости от грузоподъемности крана Q. При Q &l ; 5 т и h&acu e; &g ; 300 мм, при 5 т &l ; Q &l ;15 т h ≥ 400 мм и при Q &g ; 15 т h' ≥ 500 мм. Кроме того, h&acu e; ≥ (1/3) h. При h ≤ 2,5·a в качестве поперечной арматуры принимают наклонные поперечные стержни по всей высоте консоли (рисунок 3, а), при h &g ;2,5·а - в виде отогнутых стержней и горизонтальных хомутов (см. рисунок 3, б), при h &g ; 3,5а и Qc &l ; Rb·b·h0 - в виде горизонтальных хомутов. Во всех случаях шаг поперечных стержней должен быть не более h /4 и не более 150 мм, диаметр отогнутых стержней - не более 1/15 длины отгиба li c и не более 25 мм. Суммарная площадь сечения отгибов и наклонных стержней должна быть не менее 0,002·b·h0. Рисунок 3 - Схемы армирования консолей: а - наклонными поперечными стержнями; б - отогнутыми стержнями и горизонтальными хомутами, 1 - каркас колонны; 2 - продольная рабочая арматура консоли; 3 и 5 - хомуты соответственно наклонные и горизонтальные; 4 - отгибы Колонны одноэтажного промышленного здания рассчитывают как внецентренно сжатые на усилия, найденные при расчете поперечной рамы с учетом влияния прогиба элемента на величину эксцентриситета продольной силы, как в плоскости рамы, так и из её плоскости. Расчет из плоскости изгиба можно не производить, если гибкость элемента из плоскости рамы меньше гибкости в плоскости рамы. Эксцентриситет продольной силы принимают равным е0 = М/ , но не менее величины случайного эксцентриситета (еа = l/600; еа = h/ 30; еа = 0,01 м). При расчете колонн из плоскости изгиба величину эксцентриситета е0 принимают равной случайному эксцентриситету. Увеличение эксцентриситета из-за влияния прогиба на несущую способность учитывают путём умножения эксцентриситета е0 на коэффициент η: , (1) где cr - условная критическая сила. При гибкости элемента l0/i ≤ 14 (для прямоугольных сечений при l0/hb ≤ 4) допускается принимать η = 1. Колонны поперечной рамы представляют собой стойки с несмещаемыми опорами, поэтому в сечениях I-I и IV-IV влияние дополнительного изгибающего момента незначительно и для этих сечений принимают η =1.

При ≥ cr следует увеличивать размеры сечения. Рассчитывая колонны, влияние вероятной продолжительности действия нагрузок на прочность бетона учитывают с помощью коэффициента условий работы γb2 . При отсутствии нагрузок малой суммарной длительности действия (ветровой, крановой) расчет прочности следует производить при γb2 &l ; 1. Если есть нагрузки малой суммарной длительности, величину γb2 принимают в зависимости от выполнения условия , (2) где МI - момент усилий от всех нагрузок без учета нагрузок малой суммарной длительности; МII - момент усилий от действия всех нагрузок. Моменты МI и МII - принимают относительно оси, проходящей через центр тяжести сечения растянутой (или наименее сжатой) арматуры. Если условие (2) выполнено, то γb2 = 1,1, в ином случае γb2 &l ; 1. Пример конструктивного расчета колонн За исходные данные при расчете принимают следующие величины. Геометрические характеристики: l - длина элемента; l0- расчетная длина элемента; еa- случайный эксцентриситет; е0 - эксцентриситет продольной силы относительно центра тяжести сечения; I и IS - момент инерции соответственно сечения бетона и площади сечения арматуры относительно центра тяжести сечения элемента; ri - радиус инерции поперечного сечения элемента относительно центра тяжести; х и ξ - соответственно высота и относительная высота сжатой зоны бетона; ξR -граничные значения величины ξ ; h1 и b1 - соответственно высота и ширина сечения верхней (надкрановой) части колонны; h2 и b2 - то же, нижней (подкрановой) части сплошной колонны; hw и bw – соответственно высота и ширина сечения ветви; h - высота поперечного сечения сквозной колонны; Н - полная высота колонны; Н1 и Н2 - соответственно высота надкрановой и подкрановой частей; l1 – пролет распорки; с - расстояние между осями ветвей нижней части колонны; S - расстояние между осями распорок; c - количество панелей в подкрановой части сквозной колонны; bS и hS – соответственно ширина и высота сечения распорки; AS и A/S - площадь сечения продольной арматуры, расположенной соответственно в растянутой и сжатой зонах; е - расстояние от направления действия продольной силы до центра тяжести сечения растянутой арматуры; Sw – расстояние между вертикальными поперечными стержнями; Аw- площадь сечения поперечных стержней, расположенных в одной нормальной к продольной оси элемента плоскости, пересекающей наклонное сечение; φf - коэффициент, учитывающий влияние сжатых полок в тавровых и двутавровых элементах. Характеристики материалов и коэффициенты, используемые при расчете: Rb- расчетное сопротивление бетона сжатию (призменная прочность); Rb - расчетное сопротивление бетона осевому растяжению; RS - расчетное сопротивление арматуры растяжению; RSC- расчетное сопротивление арматуры сжатию; RSW - расчетное сопротивление растяжению поперечной арматуры; Еb - модуль упругости бетона; ЕS и Ew - модуль упругости соответственно продольной и поперечной арматуры; αε - отношение модуля упругости арматуры ЕS к модулю упругости бетона Eb ; αw- то же, Ew к Eb ; µS- коэффициент армирования, определяемый как отношение площади сечения арматуры к площади поперечного сечения элемента bh0 ; µw - коэффициент поперечного армирования, определяемый как отношение площади сечения поперечной арматуры Аw к площади bSw ; α, ω, γb2 - расчетные коэффициенты прочности железобетонных элементов, назначаемые по нормам ; φl- коэффициент, учитывающий влияние длительного действия нагрузки на прогиб элемента в предельном состоянии.

Разработаны и успешно применяются совмещенные кровельные плиты из лёгкого и ячеистого бетонов. В многоэтажных зданиях используются предварительно напряжённые железобетонные колонны на высоту нескольких этажей. Для стен жилых зданий изготовляются панели размерами на одну-две комнаты с разнообразной внешней отделкой, снабженные оконными или дверными (балконными) блоками. Значительные перспективы для дальнейшей индустриализации жилищного строительства имеет способ возведения зданий из объёмных блоков (см. Блок объёмный). Такие блоки на одну-две комнаты или на квартиру изготовляются на заводе с полной внутренней отделкой и оборудованием; сборка домов из этих элементов занимает всего несколько дней.   Сборно-монолитные железобетонные конструкции представляют собой такое сочетание сборных элементов (железобетонных колонн, ригелей, плит и т. д.) с монолитным бетоном, при котором обеспечивается надёжная совместно работа всех составных частей. Эти конструкции применяются главным образом в перекрытиях многоэтажных зданий, в мостах и путепроводах, при возведении некоторых видов оболочек и т. д

Железобетонные сваи. Принцип расчета свай прямоугольного сплошного сечения.(не нашол)

Конструирование железобетонной сваи. 510 — Железобетонная свая Программа предназначена для поверочного расчета железобетонной сваи согласно СНиП 2.02.03-85 “Свайные фундаменты”. Грунты — пылевато-глинистые, песчаные, крупнообломочные, биогенные и скальные. Рассчитываются сваи сплошного квадратного сечения, квадратного сечения с круглой полостью, сплошные круглые, полые круглые и сваи-оболочки. Автоматическое определение расчетных сочетаний нагрузок выполняется согласно СНиП 2.01.07-85* “Нагрузки и воздействия”. Программа производит расчет по несущей способности грунта основания сваи на вертикальную силу; учет сейсмических воздействий; расчет устойчивости основания, окружающего сваю, на совместное действие вертикальной и горизонтальной сил и момента; расчет по прочности материала сваи согласно СНиП 2.03.01-84* “Бетонные и железобетонные конструкции”, учет влияния прогиба, а также расчет по предельным состояниям второй группы (определение перемещений головы сваи и расчет по трещиностойкости). Результаты расчетов по программам пакета ПРУСК используются в качестве исходных данных для эксплуатации еще одного продукта ООО “СофтКомпас” — пакета программ VarCon. Данный пакет программ предназначен для создания чертежей железобетонных конструкций в среде AutoCAD. В состав комплекта чертежей входят схемы армирования, чертежи арматурных изделий, спецификации элементов, ведомости деталей, ведомости расхода стали. Для наглядной визуализации предусмотрен вывод трехмерной модели и послойное отключение отдельных элементов чертежа. Создание рабочих чертежей осуществляется в соответствии с ЕСКД и СПДС. В настоящее время в версию пакета VarCon 2.0 входят 4 программы: А300 (железобетонная балка), А400 (железобетонная колонна), А535 (столбчатый фундамент) и А500 (ленточный фундамент). Железобетонная конструкция задается в виде параметрической модели. Генерация чертежа осуществляется после задания необходимых параметров, определяющих общие характеристики чертежа, геометрическую форму конструкции и раскладку арматуры. Для этого используется программа ввода, которая для каждого вводимого значения предлагает соответствующие разъяснения и иллюстрации. Программа ввода позволяет сохранять стандартные значения параметров, сокращая объем ввода для создания чертежа нового изделия. Можно создать чертеж конструкции, рассчитанной с помощью пакета ПРУСК. Для уже созданных с помощью VarCon чертежей можно запустить программу ввода с целью изменения значений параметров и обновления чертежа. Для окончательной доводки чертежа можно использовать средства AutoCAD. Параметры, необходимые для работы пакета VarCon, сохраняются в DWG-файле. При этом они не препятствуют работе AutoCAD в случае, если пакет VarCon не установлен. Созданные чертежи можно перемещать на другое рабочее место для просмотра и продолжения работы средствами AutoCAD и (или) VarCon. В числе разработок ООО “СофтКомпас”, касающихся строительного конструирования, — программный комплекс “Лира-Windows”. Данный ПК предназначен для численного исследования прочности и устойчивости конструкций, а также для автоматизированного выполнения ряда процессов конструирования. “ЛИРА-Windows” обеспечивает исследование широкого класса конструкций, включающего пространственные стержневые и оболочечные системы, массивные тела, комбинированные системы — рамно-связевые конструкции высотных зданий, плиты на грунтовом основании, ребристые плиты, многослойные конструкции. В каждый комплект входит: импорт/экспорт DXF-файлов; русский и английский язык интерфейса и/или документирования; различные системы единиц измерения и их комбинации; руководство пользователя.

Предварительно напряженный железобетон. Виды предварительного напряжения. В обычной железобетонной балке арматура, расположенная в нижней зоне, воспринимает растягивающие усилия и таким образом вместе с верхней зоной бетона, воспринимающей сжимающие усилия, оказывает сопротивление изгибу балки, вызываемому приложенной нагрузкой. Когда арматура испытывает растяжение, вместе с ней его испытывают и связанные с ней слои бетона. А так как бетон обладает малой прочностью на растяжение, то в нижней части балки, еще до достижения предельной нагрузки, возникают тонкие трещины. После снятия нагрузки происходит лишь частичное восстановление первоначального состояния бетона; можно сказать, что раз появившиеся трещины не исчезают. Эти трещины не только портят внешний вид бетона, но и нарушают его наружный слой, защищающий арматуру от коррозии. При превышении рабочей нагрузки, но до такой степени, что напряжения в арматуре еще не достигают предела текучести, остаточная деформация бетона и постепенное расширение трещин станут все более заметными, хотя конструкция все еще будет в состоянии выдерживать рабочие нагрузки.

Если арматурный стержень предварительно напряжен (т. е. напряжен до того, как будет приложена рабочая нагрузка), то в общем случае весь элемент будет в состоянии сжатия. В одной из наиболее ранних конструкций бетонных предварительно напряженных балок предварительное сжатие балки осуществлялось путем подпирания домкратами обоих ее концов с использованием прочных анкеров, расположенных у обоих торцовых концов балки. В настоящее время, хотя принцип предварительного напряжения не изменился, практически сжатие бетона осуществляется при помощи натянутых проволок, сцепленных с бетоном по всей длине балки или же закрепленных между упорными плитами, заделанными в противоположные ее концы. Когда к такой предварительно напряженной железобетонной балке приложена нагрузка, силы, которые раньше вызывали растяжение и растрескивание бетона в нижней части балки, теперь только уменьшают сжатие, созданное напряженной арматурой. В то же время сжатие верхней части балки под нагрузкой складывается со сжатием, созданным предварительным напряжением. Эффективность этого принципа заключается в том, что потенциальную прочность на сжатие высококачественного бетона можно использовать полностью, а его низкая прочность на растяжение не имеет никакого Значения. Кроме того, сильно увеличивается сопротивляемость бетона перерезывающим силам, поэтому необходимость установки хомутов, воспринимающих усилия сдвига, в предварительно напряженных железобетонных конструкциях почти исключается. 'Принцип предварительного напряжения позволяет применять более легкие конструкции, что имеет особое значение при сооружении мостов, перекрытий с большим пролетом и подобных конструкций, в которых собственный вес сооружения составляет значительную часть от общей нагрузки, на которую оно рассчитано.

Обычно предварительно напряженный железобетонный элемент проектируется таким образом, чтобы при полной рабочей нагрузке в бетоне не возникало растягивающих напряжений. Однако если этот элемент будет перегружен, то при условии, что напряжения в арматуре не достигли предела текучести, он имеет способность к почти полному восстановлению после снятия нагрузки. Возникшие при перегрузке трещины в бетоне практически полностью исчезают.