Добавил:
kane4na@yandex.ru Полоцкий Государственный Университет (ПГУ), город Новополоцк.rnЧто бы не забивать память на компьютере, все файлы буду скидывать сюда. Надеюсь эти файлы помогут вам для сдачи тестов и экзаменов.rnУчение – свет. Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Лазовский_Ч2_УМК_Проектирование реконструкции

.pdf
Скачиваний:
37
Добавлен:
21.12.2023
Размер:
7 Мб
Скачать
☆

Рис. 1

Расчетные характеристики арматуры для поверочных расчетов опре- деляются также по действующим нормам [8] в соответствии со схемой, приведенной на рис. 2:

−исходя из класса S, установленного по проектным данным (конст- рукция запроектирована по [8]), по результатам испытаний вырезанных образцов (менее 5 штук) или по результатам химического анализа при от- сутствии проектных данных;

−исходя из нормативного сопротивления, определенного по [8] по классу арматуры, и коэффициентов безопасности γs = 1,15 (1, 25) , по ре-

зультатам испытаний вырезанных образцов (не менее 5 штук); − исходя из профиля арматуры (при отсутствии проектных данных и

невозможности отбора образцов).

251

Рис. 2

Коэффициенты q и β, учитывающие объем испытаний, необходи- мые при выполнении статистической обработки результатов испытаний бетона и арматуры приведены соответственно в табл. 1 и 2.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 1

 

 

 

 

Коэффициент q

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

3

4

5

6

7

8

9

10

 

11

 

12

q

0,23

0,28

0,31

0,34

0,37

0,39

0,41

0,42

 

0,43

 

0,45

 

 

 

 

Коэффициент β

 

 

 

 

Таблица 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

3

4

5

6

7

8

9

 

50 и более

β

2,58

2,50

2,44

2,39

2,28

2,16

2,04

 

1,94

 

 

Пример 1. Поверочный расчет железобетонного элемента по первой группе предельных состояний производится по проектным данным. Желе- зобетонный элемент запроектирован по ранее действовавшим нормам (СНиП II-21-75) и выполнен из тяжелого бетона марки М250 и арматуры класса А-III. Определить расчетное сопротивление бетона на сжатие fcd и расчетное сопротивление арматуры на растяжение fyd.

252

Первоначально необходимо перейти от марки М бетона к его услов- ному классу С'. Для этого от средней кубиковой прочности бетона перей- дем к гарантированной кубиковой прочности с помощью коэффициента перехода, равного 0,8, и коэффициента, учитывающего различную размер- ность (кг/см2 и МПа), равного 0,1.

fc,cube,m = 250 кг/см2 ,

fcG,cube = 0,8 × 0,1× fc,cube,m = 0,8 × 0,1× 250 = 20 МПа , fck = 0,8 fcG,cube = 0,8 × 20 =16 МПа ,

C¢ fck fcG,cube = С¢16 20 .

В соответствии с [8] γc = 1,5 , тогда

fcd = fck gc =161,5 =10,7 МПа.

Для арматуры класса S400 (аналог А-III) нормативное сопротивление равно f yk = 400 МПа , тогда

f yd = f yk γs = 4001,15 = 348 МПа .

Пример 2. На основе методики ускоренной оценки прочности бето- на по результатам испытаний определить расчетное сопротивление бетона на сжатие для расчета на прочность fcd. Результаты испытаний бетона:

fc,cube,i = {28,8; 26,9; 25,4; 30,6; 23,6; 35, 2; 25,8} МПа.

Среднее значение прочности бетона вычисляется как среднее ариф- метическое результатов испытаний бетона

 

=

1

n

=

28,8

+ 26,9 + 25, 4 + 30,6 + 23,6 + 35, 2 + 25,8

= 28 МПа .

fc,cube,m

∑ fc,cube,i

 

 

 

 

 

 

 

 

n i =1

 

 

 

7

 

 

Проверяем условие

 

 

fc,cube,(max ) − fc,cube,(min )

≤ q .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

fc,cube,m

35, 2 − 23,6

= 0,41 > q = 0,37 –

условие не выполняется. Исключаем из рас-

 

28

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

чета максимальное значение прочности и повторяем расчет.

fc,cube,m == 28,8 + 26,9 + 25, 4 + 30,6 + 23,6 + 25,8 = 26,9 МПа , 6

253

30,6 − 23,6 = < =

0,26 q 0,34 ,

26,9

fcG,cube = 0,8 × fc,cube,m = 0.8 × 26,9 = 21,5 МПа , fck = 0,8 fcG,cube = 0,8 × 21,5 =17, 2 МПа ,

C¢ fck fcG,cube = С¢17, 2 21,5 ,

fcd = fck gc =17, 21,5 =11,5 МПа .

Пример 3. На основе методики статистической оценки прочности ар- матуры по результатам испытаний определить расчетное сопротивление ар- матуры на растяжение fyd. Результаты испытаний арматуры на растяжение:

 

f y,i

= {458, 466, 445, 457, 438, 441, 438, 458, 445, 471}МПа.

 

 

 

 

1

 

n

 

 

 

441 + 2 × 458 + 466 + 2 × 445 + 457 + 471 + 2 × 438

 

 

f yk ,m

=

 

 

∑ f yk ,i

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= 452

МПа .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10

 

 

 

 

 

n i=1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вычисляем среднее квадратическое отклонение

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

10

 

 

 

 

 

yk =

1

 

∑( f yk ,i - f y,m )2

=

 

 

1

∑( f yk ,i - 452)2

=11,8 МПа ,

 

S

 

n -

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1i=1

 

 

 

10 -1i=1

 

 

 

нормативное сопротивление арматуры растяжению

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f yk = f yk ,m - b

 

yk = 452 - 2,04 ×11,8 = 428 МПа ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

S

 

 

и расчетное сопротивление арматуры

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f yd = f yk

gs

= 428

1,15

= 372 МПа .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задачи для самостоятельного решения

№1. Железобетонный элемент запроектирован по ранее действо- вавшим нормам (СНиП II-В.1-62*) и выполнен из тяжелого бетона марки М200. Определить расчетное сопротивление бетона на сжатие fcd для по- верочного расчета прочности элемента по проектным данным.

№2. Железобетонный элемент запроектирован по ранее действо- вавшим нормам. Согласно результатам испытаний 5 образцов среднее зна-

чение предела текучести арматуры равно f yk ,m = 470 МПа. Определить

расчетное сопротивление арматуры на растяжение fyd для поверочного расчета на прочность.

254

№ 3. На основе методики статистической оценки прочности бетона по результатам испытаний определить его расчетное сопротивление на сжатие fcd для расчета по первой группе предельных состояний. Результа- ты испытаний бетона на сжатие следующие:

fc,cube,i = {39,8; 41,5; 42,3; 40, 2; 46,3; 42,8; 39,5; 44,5; 40, 2; 37,5} МПа .

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ № 2. Поверочные расчеты прочности железобетонных конструкций эксплуатируемых строительных сооружений по результатам их обследования

Цель занятия: научиться выполнять поверочные расчеты прочности эксплуатируемых железобетонных конструкций с учетом их фактического технического состояния, установленного при обследовании.

Исходные алгоритмы, рабочие формулы для расчета. В основе решения задач по определению прочности железобетонных элементов ле- жит применение методик расчета действующих норм с использованием ряда коэффициентов условий работы, учитывающих дефекты и поврежде- ния элементов.

При местном разрушении бетона сжатой зоны конструкции повероч- ный расчет производится при фактических геометрических размерах попе- речного сечения за вычетом разрушенного участка (рис. 3, а).

При наличии силовых продольных трещин в месте сопряжения пол- ки и ребра изгибаемых элементов таврового поперечного сечения площадь сечения свесов полки в расчете не учитывается (рис. 3, б).

При местном снижении прочности бетона сжатой зоны, когда в сжа- той зоне расположен бетон разного класса, поверочный расчет (по альтер- нативной модели) железобетонного элемента производится при приведен- ном расчетном сопротивлении бетона сжатой зоны (рис. 3, в).

Рис. 3

255

Коэффициенты условий работы для арматуры железобетонных эле- ментов, учитывающие дефекты и повреждения приведены в табл. 3.

Таблица 3

Коэффициенты условий работы арматуры

К расчетному сопротивлению

на растяжение при наличии про-

для средних стержней –

γs

= 0,5

 

 

 

 

 

дольных трещин в зоне анкеровки

для угловых стержней –

γs

= 0, 25

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

на растяжение поперечной

неравномерность распределения напряжений по

арматуры

длине – γs1 = 0,8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

при соотношении диаметров продольных и по-

 

перечных стержней менее 1/3 – γs2 = 0,9

на растяжение поперечной армату-

для стержней поперечной арматуры расчетного

ры при нарушении ее анкеровки

наклонного сечения – γ

 

=

1

 

n lx,i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

s3

 

 

∑ l

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i =1 bd ,i

 

 

К площади поперечного сечения

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

продольной и поперечной армату-

учет ослабления коррозией – K s =

d

2

 

 

ры, поврежденной коррозией

 

 

 

d02

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

оборванных или пораженных кор-

 

 

 

 

 

 

= 0

 

 

 

 

 

розией более 50 % площади стерж-

не учитывается в расчете –

 

Ks

 

 

 

 

 

ней арматуры

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

арматуры из высокопрочной про-

 

 

 

 

 

 

= 0

 

 

 

 

 

волоки при наличии язвенной или

не учитывается в расчете –

 

Ks

 

 

 

 

 

питтинговой коррозии, а также,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

если коррозия вызвана хлоридами

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

продольной арматуры на сжатие

 

 

 

 

 

 

= 0

 

 

 

 

 

при повреждении поперечной ар-

не учитывается в расчете –

 

Ks

 

 

 

 

 

матуры (или мест ее сварки) и уве-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

личении расстояния между хому-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

тами более допустимого

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пример 4. При обследовании установлено, что в результате воздей- ствия высокой температуры при пожаре прочность бетона сжатой зоны из- гибаемого железобетонного элемента различается по высоте (рис. 4). Тре- буется определить прочность железобетонного элемента, если α = 1,0 . Раз-

меры сечения элемента: b = 200 мм, h = 500 мм, hf = 200 мм, bf = 500 мм, c = 50 мм. Элемент имеет арматуру с расчетным сопротивле-

нием

f yd = 339 МПа и модулем упругости Es = 2 ×105 МПа . Исходная пло-

щадь

поперечного сечения продольной арматуры составляет

A

=1606 мм2 ( K

s

= 0,87 ).

s1

 

 

 

256

 

 

9

 

 

475

 

 

50

 

f

cd ,i

= 11

МПа

y

= 425

мм

h

= 100

мм .

 

14,5

 

i

275

 

i

150

 

 

 

16

 

 

100

 

 

200

 

Рис. 4

Задаемся высотой сжатой зоны бетона элемента xeff = 300 мм. Опре-

деляем приведенное расчетное сопротивление бетона сжатой зоны сечения

S

ci

= bh ( y

− c) , S

c1

= 200 × 50 × (475 - 50) = 4,25 ×106 мм3 ,

 

i i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Sc2 = 7,5 ×106 мм3 , Sc3 = 6,75 ×106 мм3 ,

 

 

 

 

3

 

 

 

 

3

= 11,8 МПа .

 

 

fcd ,red

= ∑ fcd ,i Sci

∑Sci , fcd ,red

 

 

 

 

i =1

 

 

 

 

i =1

 

 

Вычисляем высоту сжатой зоны элемента

 

 

 

 

x

=

f yd Ks

As1

=

339 × 0,87 ×1606

= 200мм.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

eff

 

a fcd ,red b

 

1,0 ×11,8 × 200

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Точность вычисления составляет D = 300 − 200 ×100% = 50% > 5% . 200

Принимаем высоту сжатой зоны xeff = 200 мм и повторяем расчет.

При этом изменится значение толщины слоя, учитываемого в расчете, по которому проходит нижняя граница сжатой зоны: h3 = 50мм,

Sc3 = 3, 25 ×106 мм3 .

257

Тогда

 

3

 

 

3

 

 

 

fcd ,red = ∑ fcd ,i Sci

∑Sci , fcd , red =11, 2 МПа ,

 

i =1

 

 

i =1

 

 

 

x =

f yd Ks

As1

=

339 ×

0,87 ×1606

= 210

мм.

 

 

 

 

eff

a fcd ,red b

 

1,0 ×

11,2 × 200

 

 

 

 

 

 

Точность вычисления составляет D = 210 − 200 ×100% = 4,7% < 5% . 210

Относительная высота сжатой зоны бетона и ее граничное значе- ние равны:

x =

xeff

 

=

210

 

= 0, 467 ;

xlim

=

 

εcu 2

=

 

3,5

= 0,673 ,

h

- c

500 - 50

esy

+ ecu 2

1,7 + 3,5

 

 

 

 

 

 

 

где ecu 2 = 3,5‰

 

находим по [8, табл. 6.1];

 

 

 

 

 

esy =

f yd

=

 

339

=1,7‰ .

 

 

 

 

 

 

 

 

Es

2 ×105

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Поскольку условие x = 0,467 £ xlim = 0,673 выполняется, продольная арматура достигает в предельной стадии предельных деформаций. Проч- ность железобетонного элемента по нормальному сечению составляет

M Rd = a fcd ,red b xeff (d - 0,5 xeff ),

M Rd =1,0 ×11, 2 × 200 × 210 × (450 - 0,5 × 210) =162 кНм .

Задачи для самостоятельного решения

№ 4. Изгибаемый железобетонный элемент прямоугольного попе- речного сечения (b = 300 мм , h = 600 мм) из тяжелого бетона с расчетным сопротивлением fcd = 9,6 МПа имеет арматуру в растянутой зоне 4Ø25 мм

класса S500 ( c = 50 мм), в сжатой – 2Ø20

мм класса S500 ( c1 = 50 мм). Рас-

четное сопротивление арматуры – f yd

=365 МПа . В процессе эксплуата-

ции элемент получил повреждения в виде продольных трещин вдоль угло- вых стержней растянутой арматуры в зоне их анкеровки. Требуется опре- делить прочность элемента по нормальному сечению.

258

№ 5.

 

Железобетонная

ребристая

 

 

плита (рис. 5) с расчетным тавровым попе-

 

 

речным сечением с полкой в сжатой зоне

 

 

(bw = 140 мм ,

h = 300 мм, beff

= 1460 мм,

 

 

h′f = 30 мм) выполнена из тяжелого бето-

 

 

на условного класса С

′17, 2

 

 

 

 

 

 

 

21,5 , армиро-

Рис. 5

 

вана согласно проектным данным армату-

 

 

 

рой класса А-III с результатами испытаний на растяжение: среднее значе-

ние предела текучести 5 отобранных образцов составляет 560 МПа . Ниж-

ние стержни поражены коррозией с уменьшением поперечного сечения бо-

лее 50 %. Требуется определить прочность элемента по нормальному сечению.

№ 6.

Железобетонная колонна расчетной длиной lo = 7, 2 м

много-

этажного

рамного

 

каркаса

прямоугольного

поперечного

сечения

( b = 400 мм,

h = 600 мм) из тяжелого бетона условного класса С

¢33,6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

42

армирована симметрично расположенной в сечении арматурой в сжатой и

растянутой зонах по 2Ø18

мм S500 ( f yd

= 450 МПа , с = 50 мм, с 1= 50 мм).

В расчетном сечении действует продольная сила

NSd = 2000 кН

и изги-

бающий момент МSd = 450 кНм, определенный с учетом случайного экс-

центриситета и влияния продольного изгиба. В процессе эксплуатации

колонна под воздействием коррозии получила

 

 

повреждения мест сварки поперечной и наи-

 

 

более сжатой продольной арматуры. Требует-

 

 

ся проверить прочность колонны по нормаль-

 

 

ному сечению.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

№ 7. Железобетонная балка покрытия

 

 

поперечного сечения (рис. 6) из тяжелого бе-

 

 

тона условного класса С¢17,5

21,9

армирована

 

 

поперечными

 

стержнями

 

Ø8

мм

А-III

 

 

( f yk = 450 МПа ,

Es

= 2 ×105 МПа )

с

шагом

 

 

s = 100 мм, приваренными по концам к про-

 

 

дольной арматуре Ø32

мм. Временная рав-

 

 

номерно

 

распределенная

 

нагрузка –

 

 

q = 10,8 кН/м , постоянная с учетом собствен-

Рис. 6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

259

 

 

 

ного веса балки – g = 33 кН/м. Поперечная сила у края опоры равна

VSd = 180 кН. При обследовании балки установлено, что в результате коррозии мест сварки поперечной арматуры с продольной в нижней час- ти ребра нарушена анкеровка поперечной арматуры с одного конца. Требуется проверить прочность балки на действие поперечной силы.

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ № 3. Поверочные расчеты прочности, трещиностойкости и жесткости железобетонных конструкций по результатам их обследования на основе деформационной модели (с применением ЭВМ)

Цель занятия: научиться выполнять поверочные расчеты прочности, трещиностойкости и жесткости эксплуатируемых железобетонных конст- рукций с учетом их фактического технического состояния, установленного при обследовании, на основе деформационной модели с использованием прикладных программ расчета на ЭВМ.

Исходные алгоритмы, рабочие формулы для расчета. В основе определения параметров напряженно-деформированного состояния экс- плуатируемых железобетонных элементов на базе деформационной моде- ли с использованием диаграмм «напряжение-деформация» для бетона и арматуры лежит применение коэффициентов условий работы к расчетному сопротивлению и площади поперечного сечения арматуры, а также учет дефектов и повреждений бетона поперечных сечений элементов.

Деформационная модель позволяет производить поверочные расче- ты железобетонных элементов произвольной формы поперечного сечения из тяжелых и легких бетонов с различными физико-механическими харак- теристиками бетона по сечению элемента и произвольным расположением арматуры любых классов, включая предварительно напряженную.

В программе «БЕТА», кроме величины внутренних усилий (M Rd , NRd ) , соответствующих пределу прочности элемента по сечению,

нормальному к его продольной оси, вычисляются внутренние усилия (Mcr ) , соответствующие образованию трещин, нормальных к продольной оси элемента, а также ширина их раскрытия (wk ) . На любых этапах работы

(с трещинами, без трещин, в предельной стадии) при заданных внутренних усилиях (M Sd , NSd e) вычисляется кривизна железобетонного элемента.

260