ГОСШПОРЫ открывать через winrar / госшпора СК ЖБ печать

1. Назначение арматуры в железобетонных конструкциях (рабочей, поперечной, наклонной,

монтажной).

Арматура ЖБ конструкций состоит из рабочих стержней, которые ставятся по расчету на действующие усилия, и монтажных, служащих для объединения рабочих стержней в арматурные сетки или каркасы. Механические свойства стали, определяются их прочностными и деформативными характеристиками, получаемыми испытаниями образцов, построениями зависимости для растяжения. Рассмотрим зависимость для мягких и твердых сталей.

К прочностным характеристикам стали относятся: а) физический предел текучести. Мягкие стали на диаграмме имеют площадку текучести. Текучесть сталей – увеличение деформаций без заметного увеличения напряжений. Б) условный предел текучести. Для твердых сталей, не имеющих площадку текучести, пределом текучести является такое напряжение, при котором остаточные (пластические) деформации составляют 0,2 %. К деформативным характеристикам относятся: а)модуль упругости . Б) полное относительное удлинение после разрыва.

Нормативное сопротивление стали растяжению: , где =0,1.

Классификация арматуры - все арматурные стали делятся на классы: а) стержневая арматура (горячекатаная):

- мягкие стали: - твердые стали:

• A-I – гладкая =235 МПа, A-IV…A-VI – периодического профиля "елочка" =590-980

• A-II – периодического профиля "спираль" =295 МПа,

• A-III - периодического профиля "елочка" =390 МПа.

Б) проволочная арматура (холоднотянутая):

- мягкие стали: - твердые стали:

• Вр-I – периодического профиля =410 МПа. Вр-II – рифленая =1020-1490 МПа,

В-II – гладкая =1020-1490 МПа

В) пряди (К7, К19)

Арматурные изделия в виде сварных сеток рулонных и плоских или каркасов плоских или пространственных, включающих в себя рабочую, монтажную и конструктивную арматуру, закладные детали, монтажные петли. Напрягаемые арматурные изделия: унифицированные пакеты, канаты, пучки. Сварные изделия изготавливаются из регламента соотношения диаметров стержней разных направлений:

Ø тонкий ≥ ¼ Ø толстый.

2. Расчет прочности нормальных сечений изгибаемых железобетонных элементов (прямо­угольные сечения с одиночной арматурой).

Прямоугольное сечение с одиночной арматурой. Сечение считается с одиночной арматурой, если она поставлена по своему основному назначению, т.е. для работы на растяжение. Для расчета прочности нормальных сечений привлекаются уравнения равновесия статики. Рассмотрим расчетную схему сечения. Рассматривается ПС I группы III стадия НДС.

Условие прочности сечения определяется уравнением равновесия: . , . Условие прочности сечения определяется уравнением равновесия: . , .

Для решения задач вводим преобразования: - граничная относительная высота сжатой зоны =,

- относительная высота сжатой зоны = ,

т.к. , то , где

- моментный коэффициент.

, где

- относительное плечо внутренней пары сил. .

3. Прямоугольные сечения железобетонных элементов с двойной арматурой. Условие проч­ности.

Изгибаемое сечение с двойной арматурой имеет необходимую по расчету или по другим причинам арматуру в сжатой зоне помимо арматуры в растянутой зоне.

Необходимая по расчету – помощь сжатому бетону. Другие причины – установка монтажной арматуры. Рассмотрим расчетную схему сечения. Рассматривается ПС I группы III стадия НДС.

Условие прочности сечения определяется уравнением равновесия: . Несущая способность сечения:

или при

. Значение высоты сжатой зоны х находим из уравнения: .

. При решении задач на подбор арматуры необходимо сначала выявить потребность в сжатой арматуре.

4. Тавровые сечения железобетонных изгибаемых элементов. Случаи расчета тавровых сече­ний. Условия прочности.

Тавровые сечения. Тавровые изгибаемые сечения более эффективны по расходу материала по сравнению с прямоугольными, т.к. оставляется бетон только в сжатой зоне. В растянутой зоне бетон удаляется, кроме бетона, связывающего сжатую зону с растянутой арматурой (ребро). в связи с тем, что полка таврового сечения вовлекается в работу с ребром неравномерно, расчетное сечение может иметь расчетную ширину полки меньше фактической (согласно СНиП п. 3.16). Например: при , при , при свесы не учитываются. Различают 2 расчетных случая таврового сечения: 1) Граница сжатой зоны находится в полке, т.е. расчет проводится как для прямоугольного сечения шириной , т.к. все ребро находится в растянутой зоне. 2) Граница сжатой зоны находится в ребре, т.е. расчет проводится как для таврового сечения с учетом сочетания прямоугольного сечения ребра шириной b и сжатых свесов шириной и высотой . Рассмотрим расчетную схему нормального сечения таврового профиля () при положении границы сжатой зоны в ребре. Условие прочности сечения определяется уравнением равновесия: : или.

Значение высоты сжатой зоны х находим из уравнения: .

Для определения положения границы сжатой зоны используются два случая расчета или два условия: 1) Граница сжатой зоны находится в ребре, если , где - усилие в растянутой арматуре, - усилие в полностью сжатой полке при . ;, это условие используется при решении задач – проверка прочности. 2) Граница сжатой зоны находится в ребре, если , где М – внешний момент, - несущая способность сечения с полностью сжатой полкой при ., это условие используется при решении задач – подбор арматуры. При решении любых задач в случае таврового сечения необходимо сначала определить положение границы сжатой зоны бетона.

1)2)

5. Расчет прочности наклонных сечений изгибаемых железобетонных элементов. Случаи разрушения по наклонным сечениям.

При тонких ребрах ЖБ элементов наблюдается разрушение от раздробления бетона наклонной полосы между трещинами при действии главных сжимающих напряжений. Разрушение внезапное, неконтролируемое, значит, расчет обязателен.

По п. 3.30 СНиП несущая способность сжатой полосы зависит от коэффициента армирования: . Условие прочности сжатой полосы: , где - коэффициент, учитывающий положительное влияние поперечной арматуры, , ; , где β=1/100 – для тяжелого бетона, - в МПа.

При несоблюдении условия наиболее эффективно повышает несущую способность увеличение b в опорном сечении.

Раскрытие наклонных трещин в средней части сечения свидетельствует о превалирующем действии поперечной силы. В этом случае разрушение ЖБ конструкций внезапное и неконтролируемое. Учитывая опасность такого вида разрушения расчет прочности наклонных сечений на действие поперечной (перерезывающей) силы обязателен.

Следующим видом разрушения по наклонному сечению является излом от действия изгибающего момента. Характерность наклонной трещины в ее максимальном раскрытии к низу. Разрушение происходит от текучести продольной и поперечной арматуры, пересекающей наклонные трещины. Разрушение плавное, контролируемое. Разрушение происходит от текучести продольной и поперечной арматуры, пересекающей наклонные трещины. Разрушение плавное, контролируемое. Разрушение также может быть от выдергивания продольной арматуры из бетона, т.е. недостаточность анкеровки. Рассмотрим расчетную схему сечения при действии изгибающего момента:

6. Расчет прочности наклонных сечений изгибаемых железобетонных элементов на действие поперечных сил.

В этом случае разрушение ЖБ конструкций внезапное и неконтролируемое. Учитывая опасность такого вида разрушения расчет прочности наклонных сечений на действие поперечной (перерезывающей) силы обязателен. В данном случае виден разрушения по наклонному сечению – разрушение от сдвига. Рассмотрим расчетную схему наклонного сечения: Q – внешнее расчетное поперечное усилие, сдвигающее верхнюю часть: . - усилие, воспринимаемое поперечной арматурой. Согласно СНиП , где коэффициент 0,8 учитывает неравномерное растяжение поперечной арматуры в пределах трещины. - площадь сечения поперечной арматуры, входящей в поперечное сечение элемента: , где n – число стержней. - усилие, воспринимаемое наклонными стержнями. Площадь сечения наклонных стержней определяется аналогично площади сечения поперечных стержней.

Условие прочности (для его получения используется уравнение равновесия: проекция всех сил на вертикальную ось равна нулю):

, где - расчетная поперечная сдвигающая сила; - доля поперечной силы, воспринимаемая бетоном сжатой зоны , где - коэффициент, зависящий от вида бетона (2 – для тяжелого бетона); - коэффициент, учитывающий положительное влияние сжатых полок (свесов). Кроме этого только в этой формуле ; - коэффициент, учитывающий положительное влияние продольной сжимающей силы, если она есть (для преднапряженных конструкций): . Для надежности результатов расчета принимаем ; - суммарное усилие в поперечных стержнях, пересекающих наклонную трещину; - проекция суммарного усилия в наклонных стержнях. В практике проектирования для постоянного шага поперечной арматуры сумма заменяется на - доля поперечной силы, воспринимаемая поперечными стержнями. , где - погонная несущая способность поперечной арматуры: . Условие включения поперечной арматуры в работу при возникновении трещины: , где - коэффициент, зависящий от вида бетона (0,6 – для тяжелого бетона). Для элементов, имеющих только поперечную арматуру с постоянным шагом, условие прочности принимает вид: . Длина проекции опасной наклонной трещины определяется как , при чем .

7. Внецентренно-сжатые элементы железобетонных конструкций. Конструктивные особен­ности. Понятие о случайном эксцентриситете.

Внецентренно – сжатым элементом в ЖБ конструкциях считаются колонны, верхние пояса ферм, восходящие раскосы ферм, стены. Существует класс конструкций, в которых по статическому расчету есть только продольная сила, действующая по оси элемента. Фактически идеально центрально – сжатых элементов не существует. Имеет место эксцентриситет, вызванный случайными причинами (п. 1.21 СНиП). Возможный случайный эксцентриситет :

- возможное искривление длинного элемента: , - неравномерная плотность по сечению элемента: ,

- допуски при монтаже конструкций: 1 см.

Из всех значений случайного эксцентриситета принимается максимальный . В статически неопределенных конструкциях расчетный эксцентриситет сравнивается со случайным и принимается наибольший , иначе . В статически определимых конструкциях расчетный эксцентриситет .

Конструктивные особенности внецентренно - сжатых элементов (ВСЭ). Поперечные сечения ВСЭ при малых эксцентриситетах обычно квадратные, пи больших эксцентриситетах – прямоугольные, развитые в плоскости действия моментов. Сжатые элементы, как правило, проектируются обычной арматурой, пространственными сварными или вязаными каркасами.

Продольная арматура. Для монолитных конструкций =12 мм, для сборных колонн - =16 мм. При этом (т. 38 СНиП в зависимости от гибкости колонн = , где - минимальный коэффициент армирования). Различают симметричное армирование и не симметричное армирование .

Поперечное армирование. Необходимо для обеспечения устойчивости сжатых стержней и ставится конструктивно. Диаметр принимается из условия свариваемости: . Шаг поперечной арматуры регламентируется двумя значениями: для сварных каркасов. Шаг может быть меньше при .

8. Расчет прочности внецентренно-сжатых железобетонных элементов (случай «больших» эксцентриситетов).

случай больших эксцентриситетов – когда напряженное состояние приближается к изгибу и определяется в предельном состоянии достижением расчетного сопротивления в растянутой арматуре и сжатом бетоне. Предпосылка расчетной схемы сечения для данного случая:

Т.к. разрушение от текучести арматуры, то .

По п. 3.20 СНиП соблюдается равенство : . Из этого уравнения определяется высота сжатой зоны бетона х.

Условие прочности в любой из предпосылок определяется из уравнения равновесия :

, где η – коэффициент, учитывающий влияние прогиба.

Учет влияния прогиба.

ВСЭ под нагрузкой деформируются и начальный эксцентриситет увеличивается за счет прогиба. При проектировании это явление учитывается коэффициентом .

Учет влияния прогиба на увеличение эксцентриситета по нормам проводится при гибкости , где - расчетная длина сжатого стержня.

, где - коэффициент, учитывающий негативное влияние длительной нагрузки п. 3.6. СНиП,

- коэффициент, учитывающий предварительное напряжение стержня.

9. Расчет прочности внецентренно-сжатых железобетонных элементов (случай «малых» экс­центриситетов).

случай малых эксцентриситетов – когда напряженное состояние приближается к центральному сжатию и определяется в предельном состоянии достижением расчетного сопротивления в сжатом бетоне. Предпосылка расчетной схемы сечения для данного случая:

Т.к. разрушение от раздробления бетона, то , , .

е – расстояние от уровня действия силы N до центра тяжести менее сжатой (растянутой) арматуры.

По п. 3.20 СНиП соблюдается равенство : .

- эта формула позволяет учесть изменение в зависимости от .

Формула для определения граничной относительной сжатой зоны бетона:

- для случая не симметричного армирования;

- для симметричного армирования.

10. Предварительно-напряженные железобетонные конструкции. Сущность. Методы и спо­собы создания напряжений в арматуре.

Предварительно напряженными называются конструкции, в которых в период изготовления создаются начальные растягивающие напряжения в основной рабочей высокопрочной арматуре и как следствие начальные сжимающие напряжения в затвердевшем бетоне и обычной арматуре. Принципиально процесс создания преднапряженных конструкций следующий: 1)рабочая арматура натягивается и закрепляется по концам; 2)форма заполняется бетоном, бетон уплотняется; 3)при наборе бетоном примерно 70% проектной прочности снимается закрепление преднапряженной арматуры. Арматура, стремясь укоротиться, но, имея сцепление с бетоном, обжимает конструкцию.

Цель предварительного напряжения: 1) эффективное использование высокопрочной арматуры. Высокопрочная арматура при полном ее использовании имеет значительные деформации, и как следствие, если ее использовать как обычную конструкцию, имеет зияющие трещины. При создании предварительного напряжения мы заставляем высокопрочную сталь работать на маленьком диапазоне под нагрузкой, т.е. перенести начало координат; 2)повышение трещиностойкости конструкции; 3)повышение жесткости конструкции.

На прочность конструкции предварительное напряжение влияния не оказывает. Существует два метода создания предварительного напряжения в конструкции:

1) Натяжение на упоры стенда или формы: натяженная арматура закрепляется на упоры; формируется конструкция, уплотняется, твердеет; отпускается арматура с упоров, за счет сцепления с бетоном арматура обжимает конструкцию

2) Натяжение на бетон: изготавливают ЖБ конструкции или их блоки с каналами и пазами; укладывают в каналы и пазы высокопрочную арматуру; натягивают конструкцию с упором в торцы конструкции; фиксируют концы арматуры и инъецируют раствор в каналы и пазы. Способы натяжения арматуры: - механический: с помощью гидравлических домкратов или винтовых удлинителей арматуру натягивают и закрепляют на концах, - электротермический: удлинение стержней за счет разогрева электрическим током до температуры 400-450, укладка стержней с концевыми анкерами н упоры, стержни остывают и за счет закрепления на упорах натягиваются,- электротермомеханический: слабая подтяжка слабо разогретых стержней, физико-химический (самонапряжение): натяжение арматуры достигается в результате расширения бетона, приготовленного на специальном напрягающем цементе. Анкерные устройства для напряженной арматуры: Закрепление предварительно напряженной арматуры на упорах производится с помощью концевых анкеров: высаженная головка (в горячем состоянии на конце стержня), приваренные коротыши (коротыши могут быть отторцованы). В строительстве также используют: анкеры в виде колец со штырями, трубки, надетые на штыри поддона (при непрерывном армировании), инвентарные зажимы, гильзостержневые анкеры (при натяжении пучковой арматуры), анкерные колодки и конический клин (при натяжении пучковой арматуры домкратами).

После набора прочности арматура обрезается с упоров. Далее арматура находится в растянутом состоянии за счет сцепления с бетоном (самозаанкеривание). Полностью напряжение с арматуры на бетон передается на некотором расстоянии от торца конструкции, которое называется длиной зоны передачи и определяется согласно п. 2.29 СНиП. , где - коэффициенты, зависящие о класса арматуры; - величина начального напряжения; - передаточная прочность бетона; d – диаметр напрягаемой арматуры. Бетон торцов преднапряженных конструкций для обеспечения надежной анкеровки концов преднапряженной арматуры должен быть обязательно укреплен от повреждения косвенным армированием (спирали, хомуты, сетки) на длине , согласно п. 5.61 СНиП.

11. Предварительно-напряженные железобетонные конструкции. Назначение величины предварительного напряжения и потери напряжения в арматуре.

Предв-о напр-ми называются конс-и, в которых в период изготовления создаются начальные растягивающие напряжения в основной рабочей высокопрочной арматуре и как следствие начальные сжимающие напряжения в затвердевшем бетоне и обычной арматуре. Принципиально процесс создания преднапряженных конст-й следующий: 1)рабочая арматура натягивается и закрепляется по концам; 2)форма заполняется бетоном, бетон уплотняется; 3)при наборе бетоном примерно 70% проектной прочности снимается закрепление преднапряженной арматуры. Арматура, стремясь укоротиться, но, имея сцепление с бетоном, обжимает конструкцию. Цель предвар напр: 1) эффективное использование высокопрочной арматуры. Высокопрочная арматура при полном ее использовании имеет значительные деформации, и как следствие, если ее использовать как обычную конструкцию, имеет зияющие трещины. При создании предварительного напряжения мы заставляем высокопрочную сталь работать на маленьком диапазоне под нагрузкой, т.е. перенести начало координат; 2)повышение трещиностойкости конструкции; 3)повышение жесткости конструкции. На прочность конструкции предварительное напряжение влияния не оказывает. Назначение величины пред-ого нап-я. При натяжении арматуры могут быть превышения нормативного сопротивления , тогда возможна опасность обрыва арматуры. С другой стороны малое значение величины предварительного напряжения сопряжено с незначительным эффектом пред-ого нап-я. Нормами проектирования установлен диапазон величин предварительно напряжения, согласно п. 1.23 СНиП: , где Р – допустимое отклонение, при механическом способе . Создаваемое начальное напряжение со временем уменьшается вследствие потерь, связанных с различными факторами. Например, при натяжении на упоры различают (п. 1.25 табл. 5 СНиП):

1) первые потери – до окончания обжатия бетона: - потери т релаксации напряжений – уменьшение напряжений, связанные с уменьшением доли упругих деформаций при постоянных полных деформациях. Зависят от уровня напряжений ; - потери от температурного перепада зон прогрева и зон размещения упоров стенда. При размещении упоров на форме потерь нет; - потери от деформаций анкеров, вызывающих некоторое укорочение стержня; - потери от трения арматуры об огибающие приспособления (если они есть). Для прямолинейных конструкций они равны 0; - потери от деформаций стальной формы, приводящие к укорочению натянутого стержня; - потери т быстро натекающей ползучести, т.е. деформации бетона в первый (до окончания обжатия) период передачи напряжения с арматуры на бетон. Соответственно укорачивается арматура, потери зависят от уровня обжатия бетона , где - напряжение в бетоне при обжатии, - передаточная прочность бетона. Величина предварительного напряжения с учетом первых потерь: . Эта величина используется при расчетах конструкций на стадии обжатия. 2) вторые потери – после обжатия бетона, в процессе эксплуатации

конструкции: - потери от усадки бетона, укорочение арматуры на деформации, численно равные деформациям усадки. Зависят от класса бетона; - потери т длительной ползучести бетона (могут происходить 3-4 года). . Величина пред-го нап-я, с учетом всех потерь: . Эта величина используется при расчетах конструкций на стадии эксплуатации. При <100 МПа принимается =100 МПа.

12. Особенности расчета железобетонных конструкций по деформациям при отсутствии трещин в растянутой зоне.

Кривизна элементов без трещин в растянутой зоне, т.е. M ≤ M_crc определяется по I ст НДС как для сплошного тела с учетом ползучести бетона.

Полное значение кривизны определяется по формуле

, где

- кривизна от кратковременных внешних нагрузок

где -момент от кратковременной внешней нагрузки

-коэффициент, учитывающий влияние кратковременной ползучести на модуль. (2)

-кривизна от постоянных и длительных внешних нагрузок.

-момент от постоянной и длительной внешних нагрузок.

-коэффициент, учитывающий влияние длительной ползучести на модуль.

(2)

-кривизна, обусловленная выгибом элемента от кратковременного действия усилия предварительного обжатия (Р).

-кривизна, обусловленная выгибом элемента при длительном действии усилия обжатия Р от ползучести и усадки бетона.