книги из ГПНТБ / Митрофанов, Е. Н. Армоцемент

Изгибаемые элементы

Влияние формы сечения на работу изгибаемого армоцементного элемента. Исследованиями напряженно-деформированного состояния изгибаемых элементов установлено, что напряжения и деформации в растянутом волокне при изгибе превышают те же величины при чистом растяжении. Причинами этого могут, оче­

гибе мало отличаются от условий чистого растяжения. В данном случае поддерживающее действие менее напряженных волокон поперечного сечения не будет оказывать большого влияния. С уменьшением высоты сечения образца градиент напряжений воз­

повышаются напряжения и деформации в крайних волокнах. Кон­ центрацию материала у нейтральной оси поперечного сечения можно охарактеризовать отношением пластического момента со­

ход к оценке влияния формы сечения на величину краевых напря­

моугольному сечению следует отнести плоские элементы — плиты. Минимальная толщина плоских элементов 10 мм, максимальная 25—30 мм.

Таким образом, при действии изгибающего момента в плос­ кости, перпендикулярной тканым сеткам, решающую роль в повы­ шении напряжений и деформаций при &пр = const и р, = const играет высота сечения, или иначе — градиент напряжений.

Для выяснения влияния формы сечения на величину напряже­ ний и деформаций в крайних волокнах рассмотрим такой тип при­ веденного сечения, который при максимальной его высоте отвечал бы условию предельно допускаемой концентрации материала в пол­ ках. Из условия местной потери устойчивости предельные размеры стенки и полок двутавра могут быть приняты следующие: высота

мента дисперсного армирования сжатию и растяжению приблизи­ тельно равно двум-трем (при а т = 0,04 мм), целесообразно площадь

71

сечения нижнего пояса принимать вдвое или втрое большей пло­ щади сечения верхнего пояса: Fm = (2-г-З) Fcn- Для такого сечения отношение пластического момента сопротивления к упругому со­

в крайних растянутых волокнах изгибаемых элементов различной формы и высоты сечения довольно значителен и может характе­ ризоваться областью ft(p= 1,1-т-2. Все это предопределяет необхо­ димость учета масштабного фактора при расчете конструкций.

Установлено также, что определенное влияние на работу армоцементиого изгибаемого элемента оказывают характер армирова­ ния, возраст бетона и условия его созревания. Последние оказы­ вают активное воздействие на упругопластической стадии работы материала, прежде всего на его деформативность.

Имеющиеся данные позволяют рекомендовать следующую ме­ тодику вычисления расчетных характеристик армоцемента рас­

параметров армирования конструкции и условий ее хранения. Да­ лее по формулам находим соответствующие расчетные сопротив­ ления армоцемента растяжению при изгибе:

72

Основные расчетные положения. Расчет изгибаемых элементов производится по двум предельным состояниям: несущей способ­ ности и деформациям. Первое предельное состояние определяется путем проверки изгибаемого элемента на прочность. Для элементов

согласно Указаниям по проектированию армоцементных конструк­ ций (СН 366—67). При расчетно-сетчатом дисперсном армировании элемента из бетона прочностью «500» и выше прямоугольная эпюра напряжений в сжатой зоне не возникает, что предопреде­ ляет выбор иной расчетной модели изгибаемого элемента по проч­ ности [52, 57].

Придерживаясь принятых ранее допущений к дисперсно-арми­ рованному армоцементу как композитному материалу, прини­ маем и соответствующую расчетную схему для изгиба.

Очевидно, под п р е д е л ь н ы м с о с т о я н и е м армоцементного изгибаемого элемента следует понимать такое состояние, при котором в растянутой зоне напряжения достигли условного пре­ дела текучести композита, а в сжатой — предела прочности армо­ цемента на сжатие при изгибе. Для расчетного предельного со­ стояния указанные выше величины определяются соответствую­ щими значениями расчетных сопротивлений материала.

Расчетные формулы для изгибаемых элементов можно вывести, рассмотрев равновесие элемента и решив два уравнения. В об­ щем виде напряжения в растянутых и сжатых волокнах опреде­ ляются по формулам

Е' -Р

Для практических целей эти формулы неудобны из-за необхо­ димости решать уравнение третьей степени. Поэтому, произведя ряд преобразований, их упрощают:

Положение нейтральной оси изгибаемого элемента легко опре­ деляется по формуле

где 5р„ и Sen — статические моменты растянутой и сжатой зон относительно нейтральной оси. Например, для прямоугольного се­ чения высота сжатой зоны определяется по формуле

иh

73

Зная положение нейтральной оси, можно подсчитать фактиче­ ские значения статических моментов, а следовательно, и напря­ жение Орц и оси- Так же как и для внецентренно-сжатых элемен­ тов, при определении фактических значений напряжения в изги­ баемом элементе необходимо знать отношение модулей деформа­ ций. Для этого можно использовать либо табл. 21, в которой пред­ ставлены значения коэффициента я для различных состояний эле­ мента, либо номограммы. Конечная цель должна заключаться в получении коэффициента п на любой стадии работы элемента.

Зная величину напряжений в растянутой зоне, по номограммам определяем ширину раскрытия трещины, соответствующую этим напряжениям. Затем по табл. 21 определяем соотношение модулей деформаций и повторяем расчет, принимая табличные значения коэффициента п.

В т о р а я п о п ы т к а сводится к получению фактических зна­ чений напряжений в элементе по уточненным характеристикам.

Прочность изгибаемых элементов проверяется по формулам: а) д л я р а с т я н у т ы х в о л о к о н

74

§ 5. РАСЧЕТ АРМОЦЕМЕНТНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ПО ДЕФОРМАЦИЯМ

Результаты натурных испытаний армоцементных конструкций свидетельствуют о наличии некоторых расхождений между теоре­ тическими величинами (прогибами) и экспериментальными. При этом большее расхождение искомых величин наблюдается в кон­ струкциях с трещинами.

Теоретические значения прогибов обычно меньше эксперимен­ тальных. Причиной этого является недоучет влияния деформатив­ ности контура сечения элемента на величину внутренних усилий при статическом расчете, а также, но уже в меньшей степени, вли­ яния самого материала на стадии раскрытия трещин.

В Указаниях по проектированию армоцементных конструкций (СН 366—67) рекомендована более совершенная методика расчета по деформациям. Она может применяться и для расчета дефор­ маций изгибаемых элементов дисперсного армирования. При этом будет полезным учесть дополнительные данные, полученные в ЛенЗНИИЭП, в части количественной оценки влияния техноло­ гических и конструктивных факторов на работу изгибаемого эле­ мента.

К о с н о в н ы м т е х н о л о г и ч е с к и м и к о н с т р у к т и в ­

В предлагаемой ниже методике расчета конструкций по де­ формациям предпринята попытка несколько расширить сведения и дифференцировать расчет с учетом специфики изготовления и эксплуатации конструкций. Рассмотрим этот вопрос более по­ дробно.

раграфе.

Деформации элементов конструкций, при эксплуатации кото­ рых не допускаются трещины в растянутой зоне или появление их маловероятно, определяют как для однородного сплошного упру­ гого тела, вводя в расчет всю площадь сечения элементов за вы­

75

Полную величину деформаций (перемещений) элементов, при эксплуатации которых не допускаются трещины в растянутой зоне или появление их маловероятно, учитывая длительное действие нагрузки, следует определять по формуле

ствующей части нагрузки;

С— коэффициент, учитывающий увеличение прогиба из-за' ползучести бетона при длительном действии нагрузки.

Значения коэффициента С рекомендуется принимать по табл. 23.

Т А Б Л И Ц А 23

Для конструкций, в которых допускается образование трещин, прогибы определяются по формуле

различая при этом два случая.

76

Значения коэффициента 0 для определения жесткости изгибае­ мых армоцементиых элементов дисперсного армирования пред­ ставлены в табл. 24.

77

иие (оч=#=0; аг = а3 = 0), а именно: центральное растяжение или сжатие, чистый изгиб, внецентренное растяжение или сжатие малогибких элементов при одинаковых по длине элемента эксцен­ триситетах и т. д. Работа армоцемента при этих силовых воздейст­ виях изучена наиболее полно и выражается известными законо­ мерностями, используемыми при расчете. Однако и в настоящее время еще не решен ряд проблем теоретического и эксперимен­ тального характера, имеющих существенное значение для совер­ шенствования расчета армоцементных конструкций, в первую оче­ редь по деформациям в условиях сложного напряженного со­ стояния.

Элементы неизученности ряда вопросов компенсируются сни­ жением расчетных сопротивлений армоцемента путем введения ко­ эффициентов условий работы и т. д. Но если этот путь решения задачи в известной мере оправдан наличием данных о работе ар­ моцемента при воздействии основных, определяющих видов загружений, то при плоском напряженном состоянии работа армоце­ мента настолько мало изучена, что введение коррективов в рас­ четные характеристики может явиться первым шагом в решении этой проблемы.

Исследования работы армоцемента при плоском напряженном состоянии, проведенные в лаборатории испытания конструкций ЛенЗНИИЭП, указали на необходимость учета влияния напряже­

напряженно-деформированное состояние относится к категории

Первый случай наиболее опасен дл армоцемента, ибо в зави­ симости от соотношений напряжений, действующих в двух направ­ лениях, начальное раскрытие трещин происходит при меньших напряжениях, а затем картина деформирования меняется. Это об­ стоятельство должно найти отражение в снижении расчетных со­

и при эксперименте каких-либо изменений по сравнению с одно­ осным растяжением обнаружено не было. Что касается предель­ ного состояния по прочности армоцемента, как композитного ма­ териала, то, очевидно, оно должно определяться текучестью ма­ териала, при котором материал претерпевает деформации, вызы­ вающие при разгрузке появление нормируемых значений остаточ­ ных деформаций. В нашем случае эти деформации ограничиваются величиной, равной 30% от полных значений относительных де­ формаций, характеризующих данное состояние.

78

НЕКОТОРЫЕ ВОПРОСЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ АРМОЦЕМЕНТНЫХ КОНСТРУКЦИИ

§ 1. КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ АРМОЦЕМЕНТНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

Основная конструктивная особенность армоцементных элемен­ тов по сравнению с железобетонными заключается прежде всего в их тонкостенности. Малая толщина элементов предопределяет особый подход к выбору геометрии конструкций.

При этом наряду с общими принципами подхода к проектиро­ ванию элементов имеются специфические, свойственные конкрет­ ному типу конструкции. Представляется возможным классифици­ ровать армоцементные конструкции по конструктивным признакам,

аименно:

1)пространственные конструкции покрытий балочного типа — настилы, складки, линейчатые конструкции;

2)конструкции плит регулярно-стержневой или регулярнопластинчатой структуры;

3)сводчатые конструкции;

4)купола;

5)цилиндрические оболочки;

6)оболочки двоякой кривизны.

При выборе конструктивных решений должны учитываться ме­ тоды изготовления, возведения и условия эксплуатации армоце­ ментных конструкций, а также проверяться технико-экономическая целесообразность применения таких конструкций в конкретных условиях строительства.

Общим требованием к проектированию конструкций любого типа является обеспечение индустриальное™ изготовления и мон­ тажа. При этом армоцементные конструкции, как правило, дол­ жны проектироваться сборными или сборно-монолитными, форма и размеры элементов должны обеспечивать наиболее полное ис­ пользование свойств армоцемента, возможность заводского меха­ низированного изготовления конструкций, удобство их транспор­ тирования и монтажа, а также систематического контроля каче­ ства при изготовлении.

Особое внимание должно быть обращено на обеспечение проч­ ности, жесткости, долговечности и удобства выполнения соедине­ ний и стыков.

Долговечность отдельных элементов конструкций, от которых зависит общий срок службы ограждающих или несущих армоце-

80