2.8 Расчет прочности железобетонных изгибаемых элементов по нормальным и наклонным сечениям

2.8.1 Виды изгибаемых элементов и их конструктивные особенности

Наиболее распространенные изгибаемые элементы ЖБК – плиты и балки. Балками называют конструкции, длина которых ℓ значительно больше поперечных размеров h и b. Плитами называют плоские конструкции, толщина которых значительно меньше длины ℓ и ширины b.

Из плит и балок образуют многие ЖБК, чаще всего - плоские перекрытия и покрытия, сборные и монолитные, а также сборно-монолитные (рисунок 2.16, а, б). Наименьшая толщина плиты должна удовлетворять требованиям прочности и жесткости. Плиты в монолитных конструкциях делают толщиной 50…100 мм. Толщина сборных плит 25…35 мм.

П литы и балки могут быть однопролетными и многопролетными (рисунок 2.16, в, г).

Рисунок 2.16- Схемы перекрытий из железобетонных элементов

Армируют плиты сварными сетками. Сетки укладывают в плитах так, чтобы они воспринимали растягивающие усилия, возникающие в конструкции при изгибе под нагрузкой, в соответствии с эпюрами изгибающих моментов.

Стержни рабочей арматуры принимают диаметром 3…10 мм, располагают их с шагом 100…200 мм. Поперечные стержни сеток устанавливают для связи рабочих стержней, уменьшения усадочных и температурных деформаций.

Железобетонные балки могут быть прямоугольного, таврового, двутаврового, трапециевидного сечения (рисунок 2.17).

Рисунок 2.17-Поперечное сечение балок и схемы армирования

Высота балок h колеблется в широких пределах; она составляет 1/10…1/20 часть пролета в зависимости от нагрузки и типа пролета. Ширину прямоугольных балок b принимают в пределах (0,3…0,5)h

Рабочую арматуру размещают в растянутой зоне сечения в один или два ряда с надежным сцеплением с бетоном.

В железобетонных балках одновременно с изгибающими моментами действуют поперечные силы, что вызывает необходимость устройства поперечной арматуры. Ее количество определяют расчетом и по конструктивным требованиям.

П родольную и поперечную арматуру объединяют в сварные или вязаные каркасы (рисунок 2.18). Между поперечными стержнями (хомутами)расстояние должно быть от h/2 до h/3 или 150…500 мм.

Рисунок 2.18- Схемы армирования балок

2.9 Характер разрушения изгибаемых элементов по нормальным и наклонным сечениям

Изгибаемыми называют элементы, подверженные действию одного изгибающего момента или изгибающего момента с поперечной силой.

В качестве примера рассмотрим однопролетную железобетонную балку, свободно лежащую на двух опорах, симметрично загруженную двумя сосредоточенными силами (рисунок 2.19).

Р исунок 2.19- Схема изгибаемого элемента

Участок балки между грузами находится в условиях чистого изгиба; в его пределах действует только изгибающий момент М, поперечная сила Q=0. На определенной ступени загружения в бетоне растянутой зоны этого участка образуются нормальные трещины (направленные перпендикулярно продольной оси балки). На участках одновременного действия М и Q образуются наклонные трещины.

В железобетонных нормально армированных изгибаемых элементах разрушение начинается с растянутой арматуры. По достижении в ней предела текучести резко уменьшается высота сжатой зоны бетона, что вызывает ее разрушение. Лишь в балках с очень большим количеством растянутой арматуры разрушение может начаться со сжатой зоны; при этом напряжения в арматуре будут ниже предела текучести, что экономически невыгодно.

В соответствии с характером разрушения балок по нормальным сечениям различают два случая расчета:

- первый случай, когда расчет ведется в предположении, что первопричиной исчерпания прочности элемента будет достижение в растянутой арматуре расчетных сопротивлений;

- второй случай, когда расчет ведется в предположении, что прочность элемента исчерпывается вследствие разрушения сжатой зоны бетона раньше, чем напряжения в растянутой арматуре достигнут расчетного сопротивления.

Если главные растягивающие напряжения превысят сопротивление бетона растяжению, возникают наклонные трещины.

При дальнейшем увеличении нагрузки наклонные трещины раскрываются и в конечной стадии происходит разрушение элемента вследствие раздробления бетона над вершиной наклонной трещины и развития напряжений в поперечных стержнях-хомутах до предельных значений. Напряжения в продольной арматуре могут и не достигать предельных значений.