Конструктивні особливості стиснутих елементів

Колони армують поздовжніми стержнями діаметром 12–40 мм, для збірних конструкцій мінімальний діаметр арматури повинен бути не менше 16 мм. Клас арматури приймаємо А300С, А400С, в окремих випадках А500С. Поперечну арматуру виконують з сталі класу А240С і Bp-I. Діаметр поперечної арматури не менше 5 мм, приймається в межах 0,25d_прод., найчастіше діаметр поперечної арматури 6-8 мм. Поздовжні стержні встановлюють з кроком не більше 400 мм.

Насичення поперечного перерізу стиснутих елементів поздовжньою арматурою оцінюють коефіцієнтом (чи відсотком) армування μ (μ у Оптимальним відсотком армування вважається μ=1÷2%. Позаценртрово стиснуті елементи виконують з бетону класу В15 і вище (включаючи стояки рам, окремі колони і розпірки), важко навантажені колони з N  2000 кН повинні виготовлятися з бетону класу не нижче В25. Якщо колони виконують монолітними і висота будинку не перевищує трьох поверхів, то для робочої поздовжньої арматури може прийматися арматура діаметром 12 мм. Мінімальний переріз колон повинен бути не менше 250х250 мм. Великі розміри приймають з градацією 50 мм, 100 мм, тобто 300х300; 350х350; 350х400; 400х400; 400х600; 500х500; 500х600, 500х800 і т.д.

11. Розтягнуті залізобетонні елементи, їхні конструктивні особливості. Випадки роботи та характер руйнування. Розрахунок міцності центрально розтягнутих залізобетонних елементів.

Конструктивнi особливостi

До центрально-розтягнених елементiв належать затяжки i підвіски арок, нижні пояси, а також деякі розкоси і стійки крокв’яних ферм, стінки циліндричних резервуарів і трубопроводів, які піддаються тиску рідини із середини і інші елементи.

Центральний розтяг виникає, коли повздовжня розтягувальна сила N прикладена у центрі ваги перерізу (рис. 21.1).

Центрально-розтягнені елементи армують окремими стрижнями або зварними каркасами з рівномірним розміщенням арматури у перерізі. У разі великої ширини конструкції (стінки резервуарів) можна використовувати зварні сітки. Діаметр повздовжньої арматури можна змінювати у широких межах (3–30 мм і більше).

Стики робочих стрижнів виконують переважно на зварці. У в’язаних каркасах і сітках стики робочих стрижнів внаклад допускаються тільки для плитних елементів за довжини накладу не менше 20d. Місця стиків розташовують врозбіг.

Коли повздовжня розтягувальна сила N прикладена з ексцентриситетом щодо центра ваги перерізу або коли повздовжня розтягувальна сила прикладена у центрі ваги перерізу, але одночасно діє згинальний момент М (рис.21.2 а), елемент працює на позацентровий розтяг. У таких умовах працюють стінки прямокутних резервуарів (рис. 21.2, b), елементи деяких рамних систем, стінки бункерів, нижні пояси крокв’яних ферм і затяжки арок, якщо навантаження, прикладене між вузлами і ін.

Особливість армування позацентрово-розтягнених елементів аналогічна особливості армування позацентрово-стиснених елементів: повздовжню робочу арматуру встановлюють по краях перерізу, перпендикулярним площині згину, і зв’язують поперечними хомутами.

Центрально-розтягнені елементи. Під час розрахунку на міцність таких елементів роботу бетону на розтяг не враховують, все навантаження сприймається арматурою. На основі умови рівноваги розрахункова формула має вигляд

N ≤ R_s∙A_s.tot,, (21.1)

де N – розрахункова повздовжня розтягувальна сила від зовнішнього навантаження; R_s – розрахунковий опір розтягненої арматури; A_s.tot – площа перерізу всієї повздовжньої арматури.

Позацентрово-розтягнені елементи. У разі позацентрового розтягу аналогічно як у згинальних елементів (пар.2, роз.19) і позацентрово-стиснені (пр.2,роз.20) розрізняють два випадки руйнування: ξ < ξ_y –перший випадок; ξ > ξ_y – другий випадок.

У першому випадку, коли стиснена зона у перерізі відсутня (ξ =0), розрахункова повздовжня сила від зовнішнього навантаження повністю сприймається всією повздовжньою арматурою. Це відбувається у разі розташування повздовжньої сили між рівнодійний зусиль у арматурі S і S' (рис.21.3,а); переріз цілком розтягнений і опір бетону розтягу не враховують. Розрахунок виконують із умов, які випливають із рівнянь рівноваги моментів щодо арматури S і S':

N∙_е ≤ R_s∙A_s′ ∙ Z_s ; (21.2)

N∙_е′ ≤ R_s ∙A_s∙Z_s, (21.3)

де е і е′ – ексцентриситети сили N до центра ваги арматури , відповідно S і S′.

Якщо за першого випадку частина перерізу стиснена, а друга – розтягнена (рис.21.3, b), розраховують на основі таких припущень: у граничному стані напруження у стисненому бетоні досягають розрахункового опору, R_b, у стисненій арматурі – R_s.c і у розтягненій арматурі – R_s. Це збігається з передумовами розрахунку згинальних елементів з подвійною арматурою і розрахунку позацентрово-стиснених елементів.

Розрахункові формули для елементів будь-якої симетричної

Рис.21.1.Залізобетонні елементи, які працюють на центральний розтяг: a - колона; b - арка; c -резервуар.

Рис.21.2. Робота залізобетонних елементів на позацентровий розтяг	Рис.21.3. Схеми дій зусиль в поперечному перетині розтягнутих елементів: a - при малих ексцентриситетах; b - при великих ексцентриситетах

форми одержують із загальних рівнянь рівноваги

N∙_e ≤ R_b · S_b.0 + R_s.c · S′_s0; (21.4)

N ≤ R_sA_s - R_s.c · A′_s - R_b · A_b; (21.5)

R_b · S_b.N + R_sc ·A′_s · e′ - R_s ·A_se = 0, (21.6)

у яких S_b0 = A_b ∙Z_b; S′_s0 = A′_s ∙ Z_s; i S_b.N =A_b (e-z_b), тобто мають ті самі значення, які при позацентровому стиску (пар.3, роз.20).

Потрібно звернути увагу на те, що порівняно із позацентровим елементом, де знаки доданків змінювались, у рівняннях моментів знаки доданків не змінюються, оскільки напрямок моментів залишається таким самим. У рівняннях зусиль знаки змінюються, оскільки повздовжня сила N спрямована у протилежний бік.

Розрахункові формули (21.4) – (21.6) справедливі, і стиснена арматура враховується повністю, якщо задовольняється умова Z_b ≤ Z_s.

Якщо ця умова не задовольняється, тобто Z_b>Z_s, напруження у стисненій арматурі можуть не досягти розрахункового опору і розраховують із умови

N (e + z_S) ≤ R_S A_S Z_S . (21.7)

Якщо Z_s< Z_b (де Z_b визначають без врахування арматури A_s ), тоді N (e + Z_b) ≤ R_s A_s  Z_s , (21.8)

Для позацентрово-розтягнених прямокутних перерізів при ξ=0 умови міцності мають такий самий вигляд, як і для перерізів будь – якої симетричної форми. Тому умови (21.2) і (21.3) залишаються без змін. При тому

e = 0,5 h – a – e_o; (21.9)

e= 0,5 h - a + e_o; (21.10)

e_o = M/N, (21.11)

де h – висота перерізу; M – розрахунковий згинальний момент; N – розрахункова повздовжна розтягувальна сила.

Якщо частина прямокутного перерізу стиснена, то розрахункові формули одержимо із виразів (21.4) – (21.6), підставивши у них геометричні характеристики перерізу

A_e = bxS_bo = bx(h₀ – 0.5x); e = e₀ – 0.5h+a;

e′ = e₀+0.5h-a′; S_bN = bx(e+h₀ – 0.5x);

Ne ≤ R_bx(h₀ – 0,5x) + R_scA′_s(h₀ - a′); (21.12)

N ≤ R_sA_s - R_scA′_s – R_bbx; (21.13)

R_bbx (e + h₀ – 0.5x) + R_scA′_se′ - R_sA_se = 0. (21.14)

Міцність прямокутних перерізів перевіряють за формулами (21.2), (21.3), (21.12) – (21.14).

Часто буває необхідно визначити площі перерізу арматури А_s і А′_s за відомих розрахункових значень M і N при заданих розмірах перерізу, класу бетону і класу сталі арматури.

Тоді для прямокутних перерізів при ξ = 0 із умови (21.2)

A′s = Ne / R_s (h₀ - a′), (21.15)

а із умови ( 21.3 )

A_s = Ne′ / R_s (h₀ - a′). (21.16)

У елементах прямокутного перерізу у разі виконання умови Z_b ≤ Z_s для одержання оптимального значення As + A′_s за бетону класу В30 і нижче, прийнявши x = 0.55 h₀(a′ = 0.1h₀), одержимо формулу для визначення А′_s, подібну формулі (22.22);

A′_s = (Ne – 0.4 R_bbh0) / R_sc (h₀ - a′)

При тому площа перерізу розтягненої арматури

A_s = (R_b/R_s)e ξ h0 + (R_sc / R_s) A′_s + N/R_s. (21.17)

Тут порівняно з формулою (20.27) змінено знак перед членом, в який входить сила N, оскільки ця сила розтягувальна.

Якщо A′_s знайдено із виразу (20.22), у формулу (21.17) необхідно підставити ξ = 0,55.

Виконуючи умову Z_b>Z_s, напруження у стисненій арматурі можуть не досягнути розрахункового опору, і розтягнену арматуру знайдемо із умови (21.7)

A_s = N(e + Z_s) / (R_s∙Z_s). (21.18)

Якщо Z_s<Z′_b, із умови (21.8)

A_s = N(e + Z′_b) / (R_sZ′_b). (21.19)

За другого випадку (ξ > ξ_y) розраховують за формулами (5.4) – (5.6), підставляючи у них замість R_s значення δ_s, яке визначається за формулою (20.32);

Ne ≤ R_b S_b0 + R_sc S′_s0 ; (21.20)

N≤ σ_s A_s – R_sc A′_s – R_bA_b; (21.21)

R_b S_bN + R_sc A′_se′ - σ_s A_se=0. (21.22)

Під час розрахунку позацентрово-розтягнених елементів не враховують довготривалу дію навантаження і гнучкості елемента, тому що в цьому разі під час деформації елемента ексцентриситет повздовжньої сили не збільшується, а зменшується, що в розрахунку міцності не враховують.

12.Тріщиностійкість залізобетонних елементів і конструкцій. Категорії вимог до їхньої тріщиностійкості. Допустима ширина розкриття тріщин.

Тріщиноутворення та методика визначення ширини

розкриття тріщин

Під тріщиностійкістю залізобетонних конструкцій розуміють їхній опір утворенню і розкриттю тріщин.

Існує три категорії тріщиностійкості залізобетонних конструкцій. Перша категорія не допускає появи тріщин. До цієї категорії належать конструкції, що сприймають високі тиски рідини і газу (труби, резервуари, відстійники, гідротехнічні споруди). Сюди ж відносяться конструкції, що працюють у сильно агресивному середовищі чи в умовах підвищених вібраційних навантажень з інтенсивним зволоженням. Друга категорія допускає обмежене за шириною нетривале розкриття тріщин шириною a_crc  0,2 мм за умови забезпечення їхнього наступного надійного закриття (затиснення). До цієї категорії відноситься більшість попередньо напружених залізобетонних конструкцій, що мають у вигляді основної робочої арматури класи B-II, Bp-II, К-7, К-19. До другої категорії належать залізобетонні конструкції, що знаходяться в ґрунті при змінному рівні ґрунтових вод, а також конструкції, експлуатовані в агресивних середовищах несильного прояву та ін. Третя категорія допускає утворення і розкриття тріщин, тобто експлуатацію залізобетонних конструкцій з тріщинами. При цьому максимальна ширина розкриття тріщин не повинна перевищувати 0,3-0,4 мм. До цієї категорії відноситься більшість звичайних залізобетонних конструкцій (балки, плити перекрить, колони, рами та ін.).

При розрахунку на тріщиностійкість розрахункові навантаження приймаються по-різному. Так, для конструкцій I категорії тріщиностійкості розрахункові навантаження приймаються з коефіцієнтом надійності γ_f > 1 (як при розрахунку на міцність), для конструкцій II категорії для визначення появи тріщин використовують γ_f = 1. В елементах III категорії тріщиностійкості завжди приймаються нормативні навантаження, тобто γ_f =1.

Розрізняють тривале і нетривале розкриття тріщин. Під нетривалим розкриттям тріщин слід розуміти їхнє розкриття при спільній дії постійних, тривалих і короткочасних навантажень, під тривалим розкриттям – тільки від постійних і тривалих, без урахування короткочасних навантажень.

Для підвищення тріщиностійкості залізобетонних конструкцій слід застосовувати арматуру, яка попередньо напружується, що стискає бетон, високих класів: A-IV (А500С), A-V(А550С), A-VI (А600С), дротову арматуру – B-II, Bp-II, канатну К-7, К-19. Якщо застосовується звичайна арматура класів A-I (А240С), A-II (А300С), A-III (А400С), то такі конструкції відповідають ІІІ категорії за тріщиностійкістю і допускають ширину розкриття тріщин 0,3-0,4 мм.

Умову тріщиностійкості записують у вигляді нерівності: зовнішнє зусилля не повинне перевищувати зусилля тріщиноутворення, тобто того зусилля, при якому може з'явитися тріщина. Аналітичний запис цієї умови має такий вигляд:

N  Ncrc або M  Mcrc .

(5.1)

Для похилих перерізів умова тріщиностійкості записується трохи інакше, тут порівнюються напруження, що розтягують бетон у заданому похилому перерізі, з величиною R_bt:

σmt  Rbt,ser.

(5.2)

Ширина розкриття тріщин, нормальних до поздовжньої осі елемента, являє собою різницю поздовжень арматури і розтягнутого бетону на ділянці між тріщинами довжиною l_crc, тобто

a_crc = _sm l_crc –_btm l_crc ,

величиною _btm, як правило, зневажають як дуже малою. Тоді

a_crc = _sm l_crc , де _sm = ψ_s _s.

Параметр ψ_s характеризує відношення середніх деформацій в арматурі на ділянці між тріщинами до повної деформації арматури в тріщині.

Умова забезпечення закриття тріщин вважається виконаною, якщо при тривало діючих навантаженнях у перерізі елемента зберігається обтиснення бетону (для попередньо напружених конструкцій) інтенсивністю не менш 0,5 МПа, а напруження, що розтягують попередньо напружену арматуру при нормативних навантаженнях, обмежені значеннями, що відповідають межі пружності.

У згинаних та позацентрово стиснутих елементах тріщини вважаються надійно закритими, якщо при дії постійних і тривалих нормативних навантажень обтиснення бетону відповідає умові

МПа,

(5.12)

де Μ_r – момент зовнішніх сил щодо осі, що проходить через ядрову точку r; для елементів, що згинаються, М = Мr; для позацентрово стиснутих Mr = N(e₀ - r); W_red – приведений момент опору.