III стадия используется в расчетах на прочность.

       а)                                                                                                                 б)                

 

Рис.. III стадия НДС:

а – 1 случай разрушения; б – 2 случай разрушения.

Вопрос № 18 «Изгибаемые элементы»

Ответ: Наиболее распространенные изгибаемые элементы железобетонных конструкций—плиты и балки.Плитами называют плоские элементы, толщина которых h\ значительно меньше длины lи шириныb.Балками называют линейные элементы, длина которых / значительно больше поперечных размеров h и b. Из плит и балок образуют многие железобетонные конструкции, чаще других — плоские перекрытия и покрытия, сборные и монолитные,а также сборно-монолитные.

Плиты и балки могут быть однопролетными и многопролетными.

Плиты в монолитных конструкциях делают толщиной 50—100 мм, в сборных — возможно тоньше.

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 (см.  III.2). Поэтому в пролетах плит сетки размещают 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 один 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. Поперечные стержни принимают меньшего диаметра общим сечением не менее 10 °/о сечения рабочей арматуры, поставленной в месте наибольшего изгибающего момента; размещают их с шагом 250—300 мм, но не реже чем через 350 мм.

Железобетонные балкимогут быть прямоугольного, таврового, двутаврового, трапециевидного сечения.

Высота балок h колеблется в широких пределах; она составляет l/l0—V20 часть пролета в зависимости от нагрузки и типа конструкции. В целях унификации высота балок назначается кратной 50 мм, если она не более 600 мм, и кратной 100 мм при больших размерах, из них предпочтительнее размеры, кратные 100 мм до высоты 800 мм, затем высоты 1000, 1200 мм н далее кратные 300.

Ширину прямоугольных поперечных сечений Ь принимают в пределах (0,3—0,5) h, а именно 100, 120, 150, 200, 220, 250 мм и далее кратной 50 мм, из них предпочтительнее размеры 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.

В стесненных условиях стержни можно располагать попарно без зазоров. Расстояние в свету между стержнями периодического профиля принимают по номинальному диаметру.

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.

Для продольного армирования балок обычно применяют стержни периодического профиля (реже гладкие) диаметром 12—32 мм.

В железобетонных балках одновременно с изгибаюдоши моментами действуют поперечные силы. Этим вызывается 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. Вязаные каркасы весьма трудоемки, их применяют лишь в случаях, когда по местным условиям изготовление сварных каркасов невозможно.

Напряжение сжатия бетона на опоре (частное от деления опорной реакции на площадь опирания элемента) допускается не более 0,5/?ft.

В качестве несущей арматуры в изгибаемых элементах при определенных условиях используют прокатные профили (жесткая арматура) и сварные пространственные арматурные каркасы.

Несущие сварные каркасы изготовляют в виде пространственных ферм из стержней круглого и периодического профиля, а также мелкого фасонного проката. Эти каркасы конструируют как сварные стальные фермы, рассчитывая их на нагрузки, возможные в период строительства, до отвердения бетона. При полных нагрузках несущие каркасы становятся арматурой железобетонной конструкции; пояса ферм работают как продольная арматура, нисходящие раскосы — как отгибы, а стойки — как поперечные стержни.

Вопрос № 19 «Сжатые элементы»

Ответ:К центрально-сжатым элементам условно относят: промежуточные колонны в зданиях и сооружениях, верхние пояса ферм, загруженных по узлам восходящие раскосы и стойкирешетки ферм,а также некоторые другие конструктивные элементы.

По форме поперечного сечения сжатые элементы со случайным эксцентриситетом делают чаще всего квадратными или прямоугольными, реже круглыми, многогранными, двутавровыми.

Размеры поперечного сечения колонн определяют расчетом. В целях стандартизации опалубки и арматурных каркасов размеры прямоугольных колонн, назначают кратными 50.мм, предпочтительнее кратными 100 мм.

Чтобы обеспечить хорошее качество бетонирования, монолитные колонны с поперечными размерами менее 25 см к применению не рекомендуются

В условиях внецентренного сжатия находятся колонны одноэтажных производственных зданий, загруженные давлением от кранов, верхние пояса безраскосных ферм, стены прямоугольных в плане подземных резервуаров, воспринимающие боковое давление грунта или жидкости и вертикальное давление от покрытия. В них действуют сжимающие силы N и изгибающие моменты М.

Расстояние между направлением сжимающей силы и продольной осью элемента называется эксцентриситетом.

Поперечные сечения внецентренно сжатых элементов целесообразно делать развитыми в плоскости действия момента.

Для сжатых элементов применяют бетон классов по прочности на сжатие не ниже В15, для сильно загруженных не ниже В25.

В практике для сжатых стержней обычно принимают армирование не более 3 %.

Предварительное напряжение применяют для внецентренно сжатых элементов с большими эксцентриситетами сжимающей силы, когда изгибающие моменты значительны и вызывают растяжение части сечения, а также для элементов очень большой гибкости. Повышение трещиностойкости и жесткости элемента посредством предварительного напряжения полезно в первом случае для эксплуатационного периода, во втором для периода изготовления, транспортирования и монтажа.

Применять очень гибкие центрально-сжатые элементы нерационально, поскольку несущая способность их сильно снижается вследствие большой деформативности. Во всех случаях элементы из тяжелого бетона и бетона на пористых заполнителях должны иметь гибкость в любом направлении, а колонны зданий

Вопрос № 20 «Расчет на местное сжатие (смятие)»

Ответ:Расчет элементов на местное сжатие (смятие) при отсутствии косвенной арматуры производят из условия NψR_b,locA_b,loc,                                                   (1) где N - местная сжимающая сила от внешней нагрузки; A_b,loc- площадь приложения сжимающей силы (площадь смятия); ψ - коэффициент, принимаемый равным: при равномерно распределенной местной нагрузке по площади смятия - 1,0; при неравномерно распределенной местной нагрузке по площади смятия (под концами балок, прогонов, перемычек и т.п.) - 0,75; R_b,loc- расчетное сопротивление бетона сжатию при местном действии нагрузки, определяемое по формуле R_b,loc= φ_bR_b(2) где (3) но не менее 2,5 и не менее 1,0; А_b,max- максимальная расчетная площадь, устанавливаемая по следующим правилам: - центры тяжести площадей А_b,locи A_b,maxсовпадают; - границы расчетной площади A_b,maxотстоят от стороны площади А_b,locна расстоянии, равном соответствующему размеру этих сторон; - при наличии нескольких нагрузок расчетные площади ограничиваются линиями, проходящими через середину расстояний между точками приложения двух соседних нагрузок.Черт. 3.44. Схема для расчета элементов на местное сжатие при расположении местной нагрузки а - вдали от краев элемента; б - по всей ширине элемента; в - у края (торца) элемента по всей его ширине; г - у угла элемента; д - у одного края элемента; е - вблизи одного края элемента; ж - при наличии нескольких нагрузок; 1 - элемент, на который действует местная нагрузка; 2 - площадь смятия А_b,loc, 3 - максимальная расчетная площадь А_b,max; 4 - центр тяжести площадей А_b,locи A_b,max; 5 - минимальная зона армирования сетками, при которой косвенное армирование учитывается в расчете Примечание. При местной нагрузке от балок, прогонов и других элементов, работающих на изгиб, учитываемая в расчете глубина опоры при определении А_b,locи A_b,maxпринимается не более 20 см.

Вопрос № 21 «Конструирование сжатых железобетонных элементов»

Ответ:

Внецентренно-сжатые элементы целесообразно выполнять с развитыми поперечными сечениями в плоскости действия момента.

Для сжатых элементов применяют бетон классов по прочности на сжатие В15 ÷ В30, арматуру классов А300, A400. Диаметр продольной стрежневой арматуры для монолитных конструкций 12…40 мм. В качестве поперечной используют арматуру классовA240, Вр-I.

Продольную и поперечную арматуру объединяют в плоские и пространственные каркасы: сварные или вязаные, с жесткой или с гибкой арматурой (рис.1).

а) б) в) г)

Рис.1. Примеры армирования сжатых элементов:

а – сварной каркас; б – сварной каркас с промежуточными стержнями;

в – вязаный каркас; г – каркас с жесткой арматурой.

Армирование для сжатых элементов может быть симметричным и несимметричным. Симметричное армирование применяется в случае действия случайного эксцентриситета, т.к. неизвестно, с какой стороны действующая сила будет расположена от линии центра тяжести. Также симметричное армирование применяется в случае действия изгибающих моментов разных знаков, близких по величине.

Насыщение поперечного сечения продольной арматурой оценивают коэффициентом армирования μ по формуле: .

Минимальная площадь сечения сжатой и растянутой продольной арматуры во внецентренно-сжатых элементах допускается равной, %:

0,05 . . . . . . . . . . . . . . . . при ;.

0,1 . . . . . . . . . . . . . . . . . при ;

0,2 . . . . . . . . . . . . . . . . . при ;

Рис.2. Схема армирования сжатых элементов:

1 – рабочая арматура; 2 – поперечная арматура.

0,25 . . . . . . . . . . . . . . . . при.

Толщина защитного слоя для рабочих стержней а должна быть не менее диаметра стрежней и не менее 20 мм.

Колонны сечением до 400×400 мм можно армировать четырьмя продольными стрежнями (2, а), при расстояниях между рабочими стрежнями более 400 мм, следует предусматривать промежуточные стержни (2, б).

Поперечные стрежни предотвращают боковое выпучивание рабочих стержней. Расстояние между ними sдолжно быть при сварных каркасах не более 20d, при вязаных – 15d, но не более 500 мм (d– наименьший диаметр продольных сжатых стержней). Расстояниеsокругляют до 50 мм.

Применять очень гибкие сжатые элементы нерационально, поскольку их несущая способность сильно снижается вследствие большой деформативности. Для колонн .

Вопрос № 22 «Подбор сечения арматуры в изгибаемых элементах»

Ответ:Обычно на практике сечение изгибаемого элемента и количество растянутой арматуры в нем приходится подбирать, имея лишь расчетный момент внешних сил.

Сначала, как правило, назначают марки бетона и стали. При этом для конструкций из тяжелого бетона рекомендуется руководствоваться следу­ющими положениями:

а)  в монолитных конструкциях применяют бетон марки не ниже 150;

б)  в сборных конструкциях применяют бетон марки не ниже 200;

в)  армирование плит, как правило, производят сварными сетками из холоднотянутой проволоки при диаметре рабочих стержней до 5,5 мм, и из стали Ст. 25Г2С при диаметре стержней 6 мм и более;

г)  армирование балок, как привило, производят сварными каркасами, при- меняя в качестве расчетной арматуру с повышенным расчетным сопротив- лением.

Более подробные указания о влиянии марок бетона и стали на несущую способность изгибаемых железобетонных элементов даны ниже.

После назначения марок бетона и стали остается найти три неизвестных: высоту изгибаемого элемента h, его ширину b и площадь сечения арматуры F_aили же процент армирования р. При подборе сечения приходится зада­ваться двумя из этих величин.

Обычно назначают либо процент армирования и ширину балки, либо сечение изгибаемого элемента.

Назначаемый процент армирования должен быть оптимальным, т. е. таким, при котором стоимость железобетонной конструкции (сумма стоимостей арма­туры, бетона и опалубки) наименьшая.

Для определения оптимального процента армирования советскими уче­ными было предложено несколько формул. Однако следует отметить, что при расчете нет необходимости добиваться математически точного оптималь­ного процента армирования — важно установить пределы его колебания. Отклонение на 30—40% от теоретического оптимального процента армиро­вания повышает стоимость элемента не более чем на 5%.

Для плит рекомендуется применять процент армирования от 0,6 до 0,9. Увеличение процента армирования до 1,5 ведет к незначительному увеличе­нию стоимости, но приводит к необходимости назначать частый шаг стерж­ней, что значительно увеличивает трудоемкость изготовления сеток и услож­няет укладку бетона в местах стыкования и над балками.

Для плит гидротехнических сооружений, в которых появление трещин недопустимо или раскрытие их ограничено, процент армирования рекомен­дуется принимать от 0,2 до 0,5.

Для монолитных железобетонных балок рекомендуется принимать про­цент армирования от 1 до 2.

Выбор процента армирования в указанных пределах должен быть согла­сован с конструктивными требованиями, местными ценами на материал и реальными возможностями строительства.