3. Развитие методов расчета сечений

3.1 Метод расчета по допускаемым напряжениям

Метод расчета прочности сечений изгибаемых элемен­тов по допускаемым напряжениям исторически сформи­ровался первым; в нем за основу взята стадия II напря­женно-деформированного состояния и приняты следующие допущения:

1. бетон растянутой зоны не работает, растягивающее напряжение воспринимается арматурой;

2. бетон сжатой зоны работает упруго, а зависимость между напряжениями и деформациями линейная соглас­но закону Гука;

3. нормальные к продольной оси сече­ния плоские до изгиба остаются плоскими после изгиба, т. е. гипотеза плоских сечений.

Как следствие этих допущений, в бетоне сжатой зоны принимается треугольная эпюра напряжений и постоян­ное значение отношения модулей упругости материалов ν=Е_s/E_b.

Основной недостаток метода расчета сечений по до­пускаемым напряжениям заключается в том, что бетон рассматривается как упругий материал. Действительное распределение напряжений в бетоне по сечению в ста­дии II не отвечает треугольной эпюре напряжений, а ν — число не постоянное, зависящее от значения напряжения в бетоне, продолжительности его действия и других фак­торов. Не помогает и установление разных значений чис­ла ν в зависимости от марки бетона. Установлено, что действительные напряжения в арматуре меньше вычис­ленных. Этот метод расчета не только не дает возможности спроектировать конструкцию с заранее заданным коэффициентом запаса, но и не позволяет определить истинные напряжения в материалах. В ряде случаев приводит к излишнему расходу материалов, требует установки арматуры в бетоне сжатой зоны и др.

Особенно ярко выяснились недостатки метода при внедрении в практику новых видов бетона (тяжелых бе­тонов высоких марок, легких бетонов на пористых запол­нителях) и арматурных сталей более высокой прочно­сти.

3.2 Метод расчета сечений по разрушающим усилиям

Недостатки метода расчета по допускаемым напря­жениям побудили советских ученых к выполнению спе­циальных исследований и разработке метода расчета, который лучше отвечал бы упругопластическим свойст­вам железобетона. Были разработаны новые нормы и технические условия проектирования железобетонных конструкций, введенные в действие в 1938.

Метод расчета сечений по разрушающим усилиям исходит из стадии ІІІ напряженно-деформированного состояния при изгибе. Работа бетона растянутой зоны не учитывается. В расчетные формулы вместо допускаемых напряжений вводится предел прочности бетона при сжатии и предел текучести арматуры. Эпюра напряжений в бетоне вначале принималась криволинейной, а затем принята прямоугольной. Усилие, допускаемое при эксплуатации конструкции, определяется делением разрушающего усилия на общий коэффициент запаса прочности.

В расчетах сечений по разрушающим усилиям внутрен­ние усилия М, Q,, N от нагрузки определяют также в стадии разрушения конструкции, т. е. с учетом образо­вания пластических шарниров. Для многих видов кон­струкций — плит, неразрезных балок, рам — такого ро­да расчеты приводят к существенному экономическому эффекту.

Метод расчета по разрушающим усилиям, учитывающий упругопластические свойства железобетона, более правильно отражает действительную работу сечений конструкции под нагрузкой и является серьезным развити­ем в теории сопротивления железобетона. Большим пре­имуществом этого метода по сравнению с методом рас­чета по допускаемым напряжениям является возмож­ность определения близкого к действительности общего коэффициента запаса прочности. При расчете по разру­шающим усилиям в ряде случаев получается меньший, расход арматурной стали по сравнению с расходом стали по методу допускаемых напряжений. Например, в из­гибаемых элементах сжатая арматура по расчету обыч­но не требуется.

Недостаток метода расчета сечений по разрушаю­щим усилиям заключается в том, что возможные откло­нения фактических нагрузок и прочностных характерис­тик материалов от их расчетных значений не могут быть явно учтены при одном общем синтезирующем коэффи­циенте запаса прочности.