6. Основы расчета элементов железнодорожных конструкций по предельным состояниям

I группа предельных состояний

Чтобы предотвратить наступление I предельного состояния, инженер-проектировщик обязан проверить характерные сечения здания или сооружения:

• на прочность

• на устойчивость

• на выносливость

На прочность проверяются все без исключения несущие элементы конструкции, вне зависимости от материала, из которого они изготовлены, а также формы и размеров поперечного сечения. Это самая главная и обязательная проверка, без которой расчетчик не имеет права на спокойный сон.

Проверка на устойчивость выполняется для сжатых (центрально, внецентренно) элементов.

Проверка на выносливость должна проводиться для элементов, которые работают в циклических режимах нагружения и разгрузки, чтобы предотвратить проявление усталостных эффектов. Это характерно, например, для пролетных строений железнодорожных мостов, так как при движении поездов нагружающая и разгружающая стадии работы постоянно чередуются.

Все необходимые проверки для расчета конструкции по первому предельному состоянию вы найдете в соответствующем СНиП.

II группа предельных состояний

Чтобы предотвратить наступление II предельного состояния, инженер-проектировщик обязан проверить характерные сечения здания или сооружения:

• на деформации (перемещения)

• на трещиностойкость (для железобетонных конструкций)

С деформациями следует связывать не только линейные перемещения конструкции (прогибы), но и углы поворота сечений. Обеспечение же трещиностойкости является важным этапом в проектировании железобетонных конструкций, как из обычного (ненапрягаемого), так и предварительно напряженного железобетона.

Опять-таки, все необходимые проверки для расчета конструкции по второму предельному состоянию вы найдете в соответствующем СНиП.

Наиболее распространенные изгибаемые элементы железобетонных конструкций — плиты и балки. Балка­ми называют линейные элементы, длина которых l зна­чительно больше поперечных размеров h и b. Плитами называют плоские элементы, толщина которых h1 значи­тельно меньше длины 11 и ширины b1. Из плит и балок образуют многие железобетонные конструкции, чаще других — плоские перекрытия и покрытия, сборные и мо­нолитные, а также сборно-монолитные. Плиты в монолитных конструкциях делают толщиной 50... 100 мм, в сборных — меньшей толщины.

Плиты и балки могут быть однопролетными и много­пролетными . Такие плиты деформируются подобно балочным конструкциям при различного рода нагрузках, если значение последних не изменяется в на­правлении, перпендикулярном пролету.

Армируют плиты сварными сетками. Сетки уклады­вают в плитах так, чтобы стержни их рабочей арматуры располагались вдоль пролета и воспринимали растяги­вающие усилия, возникающие в конструкции при изгибе под нагрузкой, в соответствии с эпюрами изгибающих моментов . Поэтому сетки в плитах разме­щаются понизу, а в многопролетных плитах — также и поверху, над промежуточными опорами.

Стержни рабочей арматуры принимают диаметром 3...10 мм, располагают их на расстоянии (с шагом) 100...200 мм одна от другого. Защитный слой бетона для рабочей арматуры принимают не менее 10 мм, в особо толстых плитах (толще 100 мм) — не менее 15 мм.

Поперечные стержни сеток (распределительную ар­матуру) устанавливают для обеспечения проектного положения рабочих стержней, уменьшения усадочных и температурных деформаций конструкций, распределения местного воздействия сосредоточенных нагрузок на большую площадь. Общее сечение поперечных стержней принимают не менее 10 % сечения рабочей арматуры, размещенной в месте наибольшего изгибающего момен­та; располагают их с шагом 250...300 мм, но не реже чем через 350 мм.

Железобетонные балки могут быть прямоугольного, таврового, двутаврового, трапециевидного сечения.

Высота балок h колеблется в широких пределах; она составляет 1/10...1/20 часть пролета в зависимости от на­грузки и типа конструкции. В целях унификации высоту балок назначают кратной 50 мм, если она не более 600 мм, и кратной 100 мм — при больших размерах, из которых предпочтительнее значения, кратные 100 мм до высоты 800 мм, затем высоты 1000, 1200 мм и далее крат­ные 300.

Ширину прямоугольных поперечных сечений bприни­мают в пределах (0,3...0,5) h, а именно значения 100, 120, 150, 200, 220, 250 мм и далее, кратные 50 мм, из которых предпочтительнее 150, 200 мм и далее кратные 100.

Для снижения расхода бетона ширину балок назна­чают наименьшей. В поперечном сечении балки рабочую арматуру размещают в растянутой зоне сечения в один или два ряда с такими зазорами, которые допускали бы плотную укладку бетона без пустот и каверн . Расстояние в свету между стержнями продольной арма­туры, ненапрягаемой или напрягаемой с натяжением на упоры, должно быть не менее наибольшего диаметра стержней, а для нижних горизонтальных (при бетониро­вании) и верхних стержней также не менее соответствен­но 25 и 30 мм. Если нижняя арматура расположена бо­лее чем в два ряда, то горизонтальное расстояние между стержнями в третьем (снизу) и выше расположенных рядах принимают не менее 50 мм.

Продольную рабочую арматуру в балках (как и в плитах) укладывают согласно эпюрам изгибающих моментов в растянутых зонах, где она должна воспри­нимать продольные растягивающие усилия, возникаю­щие при изгибе конструкции под действием нагрузок.

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

Продольную и поперечную арматуру объединяют в сварные каркасы, а при отсутствии сварочных машин— в вязаные