7.3 Расчет на прочность изгибаемых элементов по наклонным сечениям. Основные положения
Образование наклонных трещин в изгибаемых элементах (см.рис.1.30) обусловлено совместным действием изгибающих моментов и поперечных сил. Зоны образования трещин, их наклон, величина раскрытия и прочие особенности зависят от многих факторов (виды нагрузок, форма сечения, конструкция и вид арматуры, соотношение изгибающего момента и поперечной силы и.т.п.)
После образования наклонной трещины изгибаемый элемент оказывается разделенным на две части, но соединенные между собой в сжатой зоне бетоном над окончанием трещины, а в растянутой зоне – продольной арматурой, хомутами (поперечной арматурой) и отгибами, пересекающими наклонную трещину.
С возрастанием нагрузки разрушение изгибаемого элемента происходит по одному из трех возможных вариантов (см.рис.1.30)
Разрушение изгибаемого элемента по бетонной полосе между наклонными сечениями имеет место (рис.1.30а) при малой ширине сечения (тавровое, двутавровое, коробчатое) в зоне действия поперечных сил, когда величина одного из главных сжимающих напряжений превышает величину расчетного сопротивления бетона на сжатие (Rb).
Для устранения этого вида разрушения нормами рекомендовано повысить класс бетона или увеличить размеры поперечного сечения.
Рис.1.30 Схемы разрушения изгибаемых элементов по наклонным сечениям
Разрушение изгибаемого элемента по наклонному сечению от действия поперечных сил (рис.1.30б) происходит тогда, когда на уровне нейтральной оси касательные напряжения от поперечной силы достигают максимальных значений. Вследствие ползучести бетона касательные напряжения распределены почти равномерно по длине сечения, поэтому и раскрытие трещины происходит практически равномерно по всей ее длине. При разрушении элемента происходит смещение его частей по вертикали друг относительно друга. Такое разрушение возможно лишь при хорошо заанкеренной арматуре, препятствующей взаимному повороту частей элемента и обладающей высокой прочностью при малых пластических деформациях.
В этом случае от совместного действия нормальных и касательных напряжений разрушается бетон сжатой зоны.
Расчет на прочность по наклонным сечениям на действие перерезывающей силы выполняют в обязательном порядке, поскольку это определяет трещиностойкость рассчитываемого элемента. Для увеличения трещиностойкости элементов по наклонным сечениям устанавливают напрягаемую поперечную арматуру, выполняют отгибы на продольной напрягаемой арматуре, увеличивают количество напрягаемых элементов.
Разрушение в виде излома рассчитываемого элемента по наклонному сечению от изгибающего момента (рис.1.30в) происходит тогда, когда линейные деформации велики и нормальные напряжения, создаваемые в продольной и поперечной арматуре, полностью уравновешивают расчетный момент от внешних сил. В этом случае происходит взаимный поворот частей элемента относительно мгновенного центра вращения, который расположен в центре тяжести (точка D на рис.1.30в) сжатой зоны сечения. Бетон растянутой зоны практически не участвует в работе элемента и все растягивающие напряжения воспринимает продольная и поперечная арматура. При недостаточной анкеровке арматура выдергивается из бетона даже при сравнительно малых значениях изгибающего момента. При достаточном уровне анкеровки напряжения в арматуре достигают уровня предела текучести (физического или условного), что приводит к разгрузке арматуры и перегрузке бетона, а при дальнейшем его нагружении и к разрушению элемента. Рассмотрим указанные случаи нагружения более подробно.