Конструктивні особливості стислих елементів.

У реальних будівельних конструкціях центральний стиск не зустрічаеться, тому що такі елементи зазнають дії поздовжньої сили стиску і поперечного згинального моменту (інколи і двох ортогональних моментів), таким чином є позацентрово стислими. Прикладом позацентрово стислих елементів є колони одно- та багатоповерхових будівель, елементи ферм, арок, оболонок та ін. У відповідності з характеристиками силових дій поперечний переріз стислих елементів приймають звичайно розвиненим у площині дії моменту та може бути прямокутним, тавровим, двутавровим, коробчатим, а інколи і квадратним, круглим або кольцевим. Стислі елементи проектують з ненапружуваною і напружуваною арматурою. Попередне напруження стислих елементів доцільно застосовувати лише при відносно великих ексцентриситетах прикладання сили поздовжнього стиску N і великій гнучкості елементів, що поліпшує їхню працю у стадіях виготовлення, транспортування і монтажу. В усіх випадках стислі елементи з важкого бетону і бетону на пористих заповнювачах повинні мати гнучкість lo/i200 у будь-якому напрямі, а колони будівлі120.

По характеру армування стислі елементи поділяються на три типи:

А) з гнучкою поздовжньою арматурою і поперечними стрижнями (хомутами);

Б) з гнучкою поздовжньою арматурою і поперечною арматурою у вигляді спиралей та сіток;

В) з жорсткою поздовжньою робочою арматурою.

Мінімальні розміри перерізу стислих елементів 250x250 мм. Поперечні розміри колони до 500 мм обирають кратними 50 мм, а при більшому розмірі - кратними 100 мм. Для таких елементів використовують різноманітні бетони класів В15-В50; в якості поздовжньої арматури звичайно використовують арматуру класів А-I, A-II і A-III діаметром 12-40 мм. У якості поперечної арматури використовують арматуру класів А-I, A-II або В-I та Вр-I. Діаметр хомутів у в'язаних каркасах приймають не менш 5 мм і не менше 0.2 - 0.25 max діаметру поздовжньої арматури. Діаметри поперечних стрижнів у зварних каркасах стислих елементів повинні також задовольняти умовам зварюваемості. Поперечні стрижні (хомути), що утримують поздовжню арматуру від втрати стійкості, містяться на відстані 500мм, а також:

А) при використанні в'язаних каркасів - на відстані не більш 15d.

Б) при використанні зварних каркасів - на відстані не більш 20d, де d - min діаметр поздовжньої арматури.

Відстань між напрямом сили стиску і поздовжньою осю елементу е_оназивають ексцентриситетом. У загальному випадку

е_о=M/N + e_a,

де e_a- так званий випадковий ексцентриситет. При цьому e_aприймають не меньш одного з значень:

e_a1/600 увсієї довжини елементу;

e_a1/30 висоти переріза елементу;

e_a1 см..

Для елементів статично невизначних конструкцій величину ексцентриситета е_оприймають рівною ексцентриситету, отриманому з статичного розрахунку конструкції (М/N), але не менше e_a. Для елементів статично визначених конструкцій ексцентриситет е_оприймають по загальному випадку.

Враховуючи вагомий вплив гнучкості стислих елементів на їхню несучу здібність, конструкції зі стислими елементами слідує у загальному випадку розраховувати по деформованій схемі. Проте СНиП допускає робити розрахунок конструкції по недеформованій схемі, враховуючи при гнучкості 14 вплив прогину стислого елементу на його міцність шляхом множення ексцентриситета е_она коефіціент1,

де /_cr))

Критичною поздовжньою силою _crвраховуються геометричні характеристики переріза, непружні властивості стислого бетону, тріщини у розтягненій зоні, вплив попередньої напруги та ін. Якщо при підрахункувиявиться, що N_cr, належить збільшити розміри перерізу.

Експериментальні дослідження показали, що можливі два випадки роботи стислих залізобетонних елементів. Випадок 1 – при відносно великих ексцентриситетах. Руйнування елементу розпочинається із розтягненої зони при досягненні арматурою межі плинності або надмірних деформацій. Цей випадок реалізується при _r.

Випадок 2 - при відносно малих ексцентриситетах. Руйнування елементу відбувається по стислій зоні при досягненні бетоном граничного опору на стиск до появи у розтягненій або слабо стислій арматурі межі плинності або надмірних деформацій.

Проектування стислих елементів прямокутного перерізу.

На рисунку представлена картина напруженого стану для стислого елементу прямокутного переріза без попередньої напруги, що руйнується по[щодо|з] випадку 1, при _r.

Ексцентриситети е і е^’з урахованням гнучкості елементу

е = е_о+ 0.5h - a

е^’= е_о- 0.5h + a^’

Розрахункові вирази для цього окремого випадку витікають з загальних виразів попередньої лекції.

Рівняння несучої здібності:

Ne R_bbx(h_o-0.5x) + R_scA_s^’(h_o-a_s^’’)

Висоту стислої зони визначають з равенств:

а) при _r(випадок 1).

N = R_bbx + R_scA_s^’- R_sA_s

б) при _r (випадок 2)

N = R_bbx + R_scA_s^’-_sA_s,

де _sпідраховується по загальній формулі СНиП, а для стислих елементів, виготовлених з бетону класу В30 і нижче з ненапружуваною поздовжньою арматуроюкласів А-I, A-II и A-III по спрощеній формулі

_s = (2(1-)/(1 -_r ) -1)R_s

У практиці проектування зустрічаються дві основні задачі.

Перевірка несучої здібності

Якщо всі дані про елемент відомі, то в припущенні умови _rспочатку обчислюють х:

х = (N - R_scA_s^’+ R_sA_s)/ R_bb,

а після цього визначають граничне значення відносної висоти стислої зони бетону:

_r=/ (1 + (_sr /_sc,u)(1 -/1.1))

Перевіряється умова х _rh_o. Якщо воно виконується, по рівнянню визначають несучу здібність. Якщо умова не виконується, то висоту стислої зони обчислюють з рівняння випадку б), заздалегідь подсчитав_s по загальній або спрощеній формулі.

Підбір арматури

Відомі: N, e_o, b, h, R_b, R_s.

Невідомі А_sи А_s^’

Спочатку встановлюють, до якого випадку позацентрового стиску відноситься дана задача. Тому що висота стислої зони бетону х невідома, то при е_о0.3 h_o елемент доцільно запроектувати, як працюючий по випадку 1, а в протилежному випадку - по випадку 2.

Як відомо з розрахунку на міцність по нормальним перерізам залізобетонного елементу, який працює на згин, максимальний момент, сприйманий бетоном стислої зони і відповідною арматурою A_sпри х =_rh_o буде дорівнювати

M _r=_mrR_bbh_o²= R_bbx(h_o-0.5x),

где _mr=_r(1 - 0.5_r).

У випадку 1 (_r) знаходять площу А_s^’

А_s^’= (Ne -_mrR_bbh_o²)/R_sc(h_o-a_s^’)

Якщо по цьому виразу площа арматури виявиться нульовою або негативною, арматура у стислій зоні не вимагається по розрахунку і встановлюється конструктивно.

Площа розтягненої арматури A_s

A_s= (_r R_bbh_o - N)/ R_s+ А_s^’R_sc/R_s

При даному значенні А_s^’ (по конструктивним або іншим міркуванням) обчислюють

x(h_o-0.5x) = (Ne - R_scА_s^’(h_o-a_s^’))/ R_bb

Так как x(h_o-0.5x) =_mh_o, то обчислюють

_m= (Ne - R_scА_s^’(h_o-a_s^’))/ R_bbh_o², а потім з таблиць знаходятьі підраховують х =h_oа потім A_s.

У випадку 2 розрахунок у принципі ведуть по тим же виразам, але замість величини R_sоперують напруженнями_s, які обчислюються по СНиП.