107 Особенности напряженного состояния и армирования безбалочных монолитных перекрытий и узла сопряжения с колонной.

113 Влияние геометрических размеров на прочность центрально нагруженного кирпичного столба.

65 Какие арматурные изделия Вам известны. Назовите конструкции, в которых они применяются.

Арматурой называют стальные стержни различной формы, сетки и объемные каркасы из них, представляющие собой составную часть железобетонных конструкций и отвечающие техническим и технологическим требованиям.

По назначению арматуру подразделяют на рабочую, распределительную, монтажную и хомуты.

-Рабочая арматура (расчетная) воспринимает главным образом растягивающие (в некоторых случаях сжимающие) усилия, возникающие от внешних нагрузок и воздействия силы тяжести конструкции, а также создает предварительное напряжение. Используется практически во всех жб конструкциях, как то плиты, колонны, ригели, фермы, кирпичные кладки и тд.

-Распределительная арматура (конструктивная) предназначена для закрепления стержней в каркасе путем сварки или вязки с рабочей арматурой, обеспечения совместной их работы и равномерного распределения нагрузки между ними. Это фермы, балки, колонны …

-Монтажная арматура поддерживает при сборке каркасов отдельные стержни рабочей арматуры и способствует установке их в проектное положение. Стержни монтажной арматуры применяют также для соединения плоских арматурных элементов в один пространственный каркас. (все конструкции без исключения)

-Хомуты предназначены для предотвращения косых трещин в бетоне конструкций (балок, прогонов, колонн) и для изготовления арматурных каркасов из отдельных стержней для тех же конструкций.

В зависимости от условий применения арматуру подразделяют на ненапрягаемую и напрягаемую.

Ненапрягаемую арматуру применяют в обычных и предварительно напряженных конструкциях, а напрягаемую — только в предварительно напряженных конструкциях. Такое подразделение важно, так как арматурная сталь класса А-IV может быть использована в качестве как напрягаемой, так и ненапрягае- мой арматуры, а высокопрочную арматурную сталь применяют только в качестве напрягаемой.

Армировать железобетонные конструкции можно так же плоскими отдельными сетками, и пространственными каркасами, которые собирают из унифицированных тяжелых и легких сеток или плоских каркасов и соединительных стержней. Плоские каркасы выпускают в виде относительно узких и длинных изделий из рабочих продольных и распределительных поперечных стержней.

Пространственные каркасы выпускают различных сечений — замкнутые, прямоугольные и криволинейные, с переменным сечением по длине и т. д. Пространственные каркасы линейных элементов собирают в основном из узких сеток с помощью контактной точечной сварки.

Закладные детали состоят из пластин — отрезков полосовой, угловой или фасонной стали с приваренными к ним тавровыми или нахлесточными соединениями нормальными или касательными анкерами, предназначенными для закрепления закладной детали в бетоне изделия. Допускается заанкеривание закладной детали в бетоне путем приваривания к рабочей арматуре. (петли плит, приопорный участок фермы и т.д.)

72 Назовите виды и классы арматурной стали. Охарактеризуйте каждый класс арматуры.

По виду поставляемой арматурной стали различают .стержневую, проволочную арматуру и арматурные изделия.

В зависимости от профиля стержневая и проволочная арматура бывает гладкая и периодического профиля.

Стержневую арматуру подразделяют на следующие виды:

- горячекатаную, не подвергающуюся после проката упрочняющей обработке, классов A-240, A-300, A-400, A-600 и A-800 (ранее используемые обозначения А-I…А-V);

- термически упрочненную - в состав которой входят углеродистые или низколегированные стали.подвергающуюся после проката упрочняющей термической обработке, классов Ат-600, AT-800 И AT-1000 (Ат-IV, Ат-V, Ат - VI)

- упрочненную вытяжкой, подвергающуюся после проката упрочнению вытяжкой в холодном состоянии, классов А-Нв и А-Шв.

Цифры, которыми обозначен вид обозначают предел текучести данной арматуры.

Проволочную арматуру подразделяют на следующие виды:

арматурную проволоку из низкоуглеродистой стали (обыкновенную) круглую (гладкую) класса B-I и периодического профиля класса Вр-I, из углеродистой стали (высокопрочную) круглую (гладкую) класса B-II и периодического профиля класса Вр-II;

витую проволочную арматуру, т. е. арматурные канаты (спиральные) семипроволочные класса К-7 и девятнадцатипроволочные класса К-19, арматурные канаты, двухпрядные класса К2, трехпрядные КЗ и многопрядные класса Кп.

69 Какие природные и искусственные камни применяют для возведения зданий. Виды каменной кладки.

Каменные работы представляют собой поштучную укладку камня на растворе. Каменную кладку выполняют из природных и искусственных камней правильной и произвольной формы.. Из искусственных материалов наибольшее распространение получили кирпич глиняный обыкновенный ,пористый, кирпич глиняный лицевой и силикатный. В качестве натуральных камней могут применяться известняк, ракушечник, туф. Мрамор и гранит из-за высокой стоимости материала и строительных операций используются преимущественно для облицовочных работ экстерьеров зданий и интерьеров.

В зависимости от способа изготовления материалов и изделий из природных камней они подразделяются на пиленые, колотые, рваные, дробленые, плавленые и сортированные. Для кладки фундаментов применяют бутовый камень, колотые и пиленые штучные камни всех видов горных пород. Для кладки стен используют стеновые камни, крупные стеновые блоки, тесаный камень из всех видов известняка, песчаника, вулканического туфа и гипсового камня. Облицовочные плиты и камни из природных материалов применяются для облицовки наружных и внутренних стен зданий, настилки полов, изготовления карнизов, подоконных плит и т. д. Для наружной облицовки применяют атмосферостойкие и плотные изверженные породы, для внутренней — легко поддающиеся обработке мягкие породы.

Кирпич строительный используют для кирпичной кладки. Различают следующие его виды: глиняный обыкновенный пластического или полусухого прессования, силикатный, глиняный пустотелый пластического прессования, шлаковый и др. Кирпич производится марки 75, 100, 125, 200, 250 и 300. Масса кирпича не должна превышать 4 кг.

Бетонные и легкобетонные камни применяются для кладки цоколей, фундаментов, наружных и внутренних стен и т. п. Для кладки фундаментов, цоколей, а также стен влажных помещений применяются камни из тяжелых бетонов. Легкобетонные камни применяют для кладки стен, столбов и цоколей выше гидроизоляционного слоя. Для облицовки фасадов зданий применяют искусственные камни:

• лицевой кирпич полнотелый и пустотелый; 

• плитки керамические малогабаритные и фасадные; 

• ковровые; 

• бетонные фасадные.

Каменная кладка — это конструкция, состоящая из камней, уложенных на строительном растворе в определенном порядке. В зависимости от вида применяемого камня кладки подразделяются на бутовую, бутобетонную, кирпичную сплошную, кирпичную облегченную, и кладку с облицовкой.

Бутовая, бутобетонная кладка применяется при возведении фундаментов, стен подвалов, складских помещений, подпорных стенок и т. п. Бутовая кладка прочна, долговечна, влагоустойчива, но трудоемка в выполнении и требует большого расхода раствора. Бутобетонная кладка менее трудоемкая, прочнее бутовой.

Кирпичная кладка из глиняного или силикатного кирпича используется при строительстве стен, столбов, арок, сводов и т. п. Для наружных стен и для помещений с мокрым режимом используют кирпич глиняный обыкновенный пластического прессования как более устойчивый против выветривания. Кладка с облицовкой поверхностей применяется для защиты конструкций от воздействия агрессивных сред, а также для придания им архитектурно-декоративного вида. Облицовочным материалом являются плиты из тяжелого цементного и силикатного бетонов, пустотелые керамические камни и лицевой кирпич.

95. Конструирование изгибаемых жб конструкций, схемы разрушения балок по наклонным и нормальным сечениям.

Наиболее распространенными железобетонными изгибаемыми элементами являются балки и плиты различного вида. В общем случае они рассчитываются по 1-ой группе предельных состояний на прочность и по 2-ой группе - на пригодность к нормальной эксплуатации, т.е. на отсутствие чрезмерных перемещений и на ограниченную ширину раскрытия трещин. Прежде чем перейти к рассмотрению методов их расчета, необходимо определить предмет расчета, т.е. те сечения в изгибаемых элементах, прочность которых определяет прочность всей конструкции и обеспечивает ей необходимую безопасность. Рассмотрим железобетонную балку на двух опорах, нагруженную симметрично двумя, одинаковыми по величине, сосредоточенными силами (рис.3.1). Известно, что между точками приложения сил такая балка испытывает состояние чистого изгиба (поперечная сила равна нулю), а на участках между опорами и точками приложения сил действует изгибающий момент и поперечная сила постоянной величины. Представим себе возможные схемы разрушения балки на первом и вторых участках. В середине балки при увеличении нагрузки в нижней зоне будет преодолена

Р---ис. 1. Напряженное состояние и схемы разрушения железобетонной балки:

а – эпюра изгибающих моментов и поперечных сил; б – траектории главных растяги-

вающих напряжений и схема образования трещин; в – схема возможного разрушения

балки; г – сечение с одиночной арматурой; д – сечение с двойным армированием;

1 – продольная арматура; 2 – отгибы; 3 – хомуты; 4 – монтажная арматура

прочность бетона на растяжение, образуется трещина по нормали к продольной оси балки, затем в работу по восприятию момента вступит арматура, а при дальнейшем увеличении нагрузки произойдет разрыв арматуры и балка разрушится. Из этого следует, что необходимо проверять прочность железобетонной балки по нормальному сечению на действие изгибающего момента. На участках между опорами и точками приложения сил, благодаря действию поперечной силы при увеличении нагрузки будут образовываться косые трещины, и разрушение балки может произойти по этой наклонной трещине. Следовательно, при действии поперечных сил требуется проверка прочности железобетонного изгибаемого элемента по наклонному сечению.

Рассмотрим сначаламетод расчета прочности изгибаемых железобетонных элементов по нормальным сечениям. Ранее уже отмечалось, что напряженное состояние балки в нормальном сечении при увеличении нагрузки проходит через несколько характерных стадий (рис.3.2).

Соответствие старых и новых классов арматуры.

A-I (A 240)	Ат500С
A-II (A 300)	Ат600 (Ат-IV)
AC-II (AC 300)	Ат600С (Ат-IVС)
A-III (A 400)	Ат600К (Ат-IVК)
A-IV (A 600)	Ат800 (Ат-V)
A-V (A 800)	Ат800К (Ат-VK)
A-VI (A1000)	Ат1000 (Ат-VI)
Ат400 (Ат-IIIC)	Ат1000К (Ат-VIК)
	Ат1200 (Ат-VII)

+

90. Расчет и конструирование сжатых жб элементов с гибкой продольной арматурой.

Работающие на сжатие элементы конструкций, рассматриваемые, как стержни, и изготавливаемые с применением бетона, принято армировать даже в том случае, если сжатие - центральное и по расчету армирование не требуется. Такое армирование называется конструктивным и призвано оно воспринимать самые разные, порой случайные нагрузки, расчетом не предусмотренные.

В зависимости от армирования, сжатые элементы могут быть:

- с жёсткой арматурой в виде профильного проката;

- с гибкой арматурой в виде стальных стержней.

Гибкая арматура представляет собой стальные стержни круглого или периодического профиля. Сваренные или связанные сетки и объемные каркасы из отдельных прутьев тоже считаются гибкой арматурой

Рассмотрим равновесие элемента ( см рис.) под действием продольной сжимающей силы и внутренних усилий, возникающих в сжатых бетоне и арматуре.

 

Рисунок – Схема усилий при расчёте прочности элементов сжатых со случайным эксцентриситетом

 

1. -сумма проекций, действующих сил на вертикальную ось.

; ; .

Выражение представляет собой предельное усилие, воспринимаемое данным сечением, при разрушении.

Тогда условие прочности элемента сжатого со случайным эксцентриситетом примет вид:

,

где ;

- коэффициенты, зависящие от вида бетона и отношений и .

- продольная сила от действия постоянных и длительных нагрузок;

- продольная сила от действия постоянных и длительных и кратковременных нагрузок;

; если , то принимают .

Приравняв внешнее и внутреннее усилия , определим требуемую площадь сечения арматуры

.

Выразим площадь арматуры через коэффициент армирования площадь бетона , тогда

и требуемая площадь поперечного сечения элемента будет равна .

93. Как определить несущую способность по нормальному сечению жб элемента прямоугольного профиля с одиночной арматурой.

Расчетная схема внутренних усилий и эпюра напряжений в прямоугольном поперечном сечении изгибаемого железобетонного элемента с одиночной арматурой приведена на рис

Рис.

Определить несущую спсб нормального сечения жб элемента можно из условие прочности нормального сечения изгибаемого железобетонного элемента. Данное условие имеет вид

M < Rs* As (h0 – 0.5*x) ,

( 1 ) где: Rs – расчетное сопротивление арматуры на растяжение, Аs – минимальный расход продольной растянутой арматуры ; h0 - рабочая высота сечения изгибаемого элемента: h0 = h – as , ( 2 ) где: h – высота сечения элемента (балки, плиты); as – расстояние от нижней растянутой зоны сечения элемента до центра тяжести растянутой арматуры: - при расположении арматуры в один ряд: as = a + 0.5*ds , где ds – диаметр искомой арматуры и «а» - защитный слой бетона: не менее 30 мм и не менее диаметра арматуры «ds»; - при расположении арматуры вплотную в два ряда (без зазора): as = a + ds ; х – абсолютная высота сжатой зоны сечения изгибаемого элемента: х = Rs*As / Rb*b , ( 3 ) где: Rb – расчетное сопротивление бетона изгибаемого элемента на сжатие

Последовательность практического расчета прочности нормального сечения изгибаемого элемента с одиночной арматурой.

Дано: М, b, h, Rs , Rb.

Необходимо определить минимальный расход продольной растянутой арматуры в изгибаемом элементе (балке или в плите).

1. Определяется значение рабочей высоты сечения элемента с учетом защитного слоя бетона: h0 = h – as ; 2. Определяется минимальный расход продольной растянутой арматуры:

3. Конструирование изгибаемого элемента (балки или плиты) возможно в дальнейшем по двум направлениям:

а) задаваясь количеством стержней по сортаменту определяют диаметр арматуры;

б) задаваясь диаметром арматуры по сортаменту определяют количество стержней арматуры. Таким образом устанавливают фактический расход арматуры As * , который должен быть не менее расчетного значения As .

4. Определяются абсолютное и относительное значения сжатой зоны сечения элемента: х = Rs*As * / Rb* b , ξ = х/h0

5. Определяется граничное значение относительной высоты сжатой зоны бетона сечения элемента

   Rb (для тяжелых бетонов);

6. Выполнить сравнение: ξ < = ξ R : ( 8 ) а) если условие ( 8 ) выполняется определить несущую способность элемента М* , которая должна быть больше изгибающего момента от действия внешней нагрузки М: M* = Rs* As * ( h0 – 0.5*x ); ( 9 ) Условие прочности выполняется.

б) если условие ( 8 ) не выполняется, то необходимо изменить исходные данные по назначению класса бетона по прочности на сжатие и (или) увеличить высоту сечения элемента (балки или плиты) и повторить расчеты до выполнения условия ( 8 ).

96. Расчет и конструирование монолитных балочных плит перекрытий. Назовите возможные варианты армирования, поясните все виды арматуры.

Сущность конструкции монолитного ребристого перекрытия заключена в том, что в целях экономии из растянутой зоны сечений удален бетон и сохранены лишь вертикальные ребра балок, в которых сконцентрирована растянутая арматура.

При расчете плиты в перекрытии выделяют полосу шириной 1 м, направленную поперек второстепенных балок, являющихся опорами этой плиты, и рассматривают ее как неразрезную балку, загруженную равномерно распределенной нагрузкой q=g + v (g — постоянная и v — временная нагрузки). За расчетные пролеты принимаются: для средних пролетов — расстояние в свету между гранями второстепенных балок, для крайних пролетов — расстояние от грани второстепенной балки до середины свободной опоры

Рассчитывают плиты по методу предельного равновесия с учетом перераспределения усилий.

Монолитные ребристые перекрытия состоят из плит, второстепенных и главных балок, которые бетонируются вместе и представляют собой единую конструкцию. Плита опирается на второстепенные балки, а второстепенные балки - на главные, опорами, которых служат колонны и стены. Пролеты плит пронимаются 1,7-2,7 м, второстепенных балок 5-7 м, глав- ных балок 6-8 м. Толщина плиты при полезной нагрузке V до 10 кН/м2 прини- мается 7-8 см, но не менее 1/30 пролета плиты. Высота сечения второстепенных балок составляет (1/12-1/20) пролета, главных балок (1/8-1/15) пролета, ширина сечений балок b=(0,4-0,5)h. Высота балок принимается кратной 5 см при h≤60 см и при h>60 см — кратной 10 см, ширина балок — кратной 5 см. Перекрытие выполняют из бетона класса B15-B20 и армируют арматурной проволокой класса B500 и стержневой арматурой классов А400, А500.

Армирование производится рулонными, либо плоскими сетками, армирование одиночными стержнями производится крайне редко.

Основной вид армирования плит рулонными сетками. Они позволяют производить непрерывное армирование. Непрерывное армирование применяют при диаметре рабочих стержней 5 мм и менее из стали класса Вp500 (Bp-I). Рулон сетки с продольным расположением рабочих стержней раскатывают по опалубке поперек второстепенных балок. На опорах сетки укладывают на верхнюю арматуру каркасов, а в пролете крепят к опалубке, оставляя необходимые зазоры на толщину защитного слоя. Нижний перегиб сетки выполняют на расстоянии 0,25 пролета плиты от оси опоры.

Рис. 14.5. Армирование плиты рулонной сварной сеткой

1 – сетка 1; 2 – сетка 2

Раздельное армирование применяют при диаметре рабочей арматуры 6 мм и более из стали класса А400 (A-III). Рулон сетки с поперечным расположением рабочих стержней раскатывают вдоль второстепенных балок: по низу плиты в пролетах и по верху – над опорами.

Сетка 1 подбирается по моменту, определяемому по формуле ;

сетка 2 по 

Вместо рулонной сетки применяют отдельные плоские сетки.

Рис. 14.6. Армирование плиты плоскими сварными сетками

1 – рабочая арматура (поперечные стержни сетки);

2 – продольные стержни сетки

 

97. Как определить несущую спсб нормального сечения жб балки таврового сечения. Возможные случаи расчета.

В прямоугольном сечении балки можно заметить, что боковые участки растянутой зоны практически не участвуют в восприятии нагрузки, следовательно, их можно убрать. Таким образом, получается тавровое сечение балки. Такая балка из железобетона работает за счёт того, что сжимающие усилия воспринимаются бетонной полкой, а растягивающие усилия воспринимаются достаточным количеством арматуры в ребре элемента.

Рис… Тавровое сечение железобетонной балки: b’f −ширина полки; h’f − высота полки; b-ширина ребра; h – высота балки; h_o − высота рабочей зоны балки; А_s − площадь сечения растянутой арматуры.

Прочность сечения будет обеспечена, если расчетный момент от внешней нагрузки не превысит момента внутренних усилий. При выполнении расчета тавровых элементов встречаются 2 случая их расчета: 1 случай- когда граница сжатой зоны бетона находится в полке элемента; 2 случай – когда граница сжатой зоны бетона проходит в ребре элемента

Рис….Расчетные схемы тавровых элементов при первом и втором расчетном случае: а) 1-ый случай расчета (х≤h’f); б) 2-ой случай расчета (х>h’f).

При расчете балок таврового сечения возникают две основные задачи: подобрать арматуру для балки и проверит её прочность.

Основные уравнения прочности для нормального сечения тавровых элементов имеют следующий вид:

Для первого расчетного случая (х≤h’f):

M ≤ R_b·b’f·h_o² ·А_о

M ≤ R_s·А_s· h_o·η

R_b·b’f·h_o= R_s·А_s

Для второго расчетного случая (х>h’f):

M ≤ R_b·(b’f-b)·h’f (h_o-0,5 h’f)+ R_b·b·h_o² ·А_о

R_b∙( b’f-b) ·h’f + R_b·b∙ξ∙ h_o = R_s·А_s

Расчетный случай тавровых элементов определяется из предположения, что нейтральная ось проходит по низу полки, на границе между первым и вторым случаем.

При этом положение центра тяжести сжатой зоны находится на уровне половины высоты полки и расстояние между равнодействующей сжимающих напряжений в бетоне и центром тяжести арматуры определяется как (h_o – 0,5h’f), а её величина будет равна N_b=R_b·b’f·h’f

Тогда изгибающий момент, воспринимаемый элементом при полностью сжатой полке (момент полки) будет равен:

M’f = R_b·b’f·h’f·(h_o – 0,5h’f)

Далее сравнивают значения внутреннего момента полки с моментом, воздействующим на элемент и определяют расчетный случай:

-если М≤М’f то имеет место первый случай расчета тавровых Ж/б элементов;

-если М>М’f то имеет место второй расчетный случай тавровых элементов.

98. Какие предпосылки положены в основу расчета нормальных сечений жб элементов.

При изгибе. В расчетной схеме усилий принимают, что на элемент действует изгибающий момент М, вычисляемый при расчетных значениях нагрузок , а в арматуре и бетоне действуют усилия, соответствующие напряжениям, равным расчетным сопротивлениям. Прочность сечения будет обеспечена, если расчетный момент от внешней нагрузки не превысит момента внутренних усилий, т.е. ∑М=0.

Внецентренно сжатые. Прочность сечений, нормальных к продольной оси внецентренно сжатых элементов, проверяют из условий:

N_П≤[N];

N_П·e≤[M], где N_П – приведенная продольная сила, е – эксцентриситет продольной силы N_П относительно центра тяжести растянутой или наименее сжатой арматуры

[N], [M] – предельные продольная сила и изгибающий момент, которые могут быть восприняты сечением при заданном эксцентриситете е.

Внецентренно растянутые. Прочность сечений, нормальных к продольной оси внецетренно растянутых элементов, проверяется из условий: N≤[N];

N·e≤[M], где N –продольная сила, е – эксцентриситет продольной силы N_П относительно центра тяжести растянутой или наименее сжатой арматуры

[N], [M] – предельные продольная сила и изгибающий момент, которые могут быть восприняты сечением при заданном эксцентриситете е.

 

108. Чем объясняется перераспределение усилий в статически неопределимых жб конструкциях. Как этот эффект используется при проекторовании.

В процессе нагружения статистически неопределимой конструкции отдельные участки ее элементов претерпевает ряд качественных изменений. При относительно небольшой величине внешней нагрузки можно считать, что конструкция работает упруго. Но на определенном этапе нагружения в элементах конструкции возникают трещины, возрастает влияние неупругих деформаций сжатого бетона, жесткость отдельных участков конструкции снижается. Изменение жесткости отдельных участков конструкции вызывает перераспределение усилий в системе. В статически неопределимой системе распределение усилий зависит еще и от соотношения их жесткостей

При дальнейшем увеличении нагрузок продолжается образование новых трещин, увеличиваются ширина раскрытия и глубина трещин, возникших ранее, интенсивнее начинают проявляться неупругие деформации бетона . Все это вызывает дальнейшее изменение соотношений жесткостей отдельных элементов и их участков, новое перераспределение внутренних усилий. Следующий этап перераспределения усилий начинается с момента, когда усилия в арматуре достигают предела текучести. В случае, если прочность сжатой зоны достаточно велика арматура и бетон сжатой зоны допускают развитие пластических деформаций, в сечении образуется пластический шарнир.

Расчет статически неопределимых конструкций с учетом перераспределения усилий более правильно оценивает их несущую способность, включая и работу арматуры, повышает эффективность армирования сварными сетками и каркасами, приводит в соответствие статический расчет и расчет сечений. Конструктивную схему меняют, решая задачу перераспределения усилий в элементах перекрытий. Такой прием используют чаще всего, когда по условиям эксплуатации необходимо значительное усиление несущей способности конструкции.