17. Причины армирования балок и колонн. Особенности работы изгибаемых ж/б элементов перекрывающих один пролет и неразрезных балок, перекрывающих несколько пролетов.
Смысл армирования можно пояснить на элементах, работающих на изгиб (балках, ригелях). В таких элементах часть поперечного сечения элемента подвергается сжатию, а другая — растяжению. Если балку изготовить из неармированного бетона, то вследствие низкой его прочности на растяжение (1…4 МПа) уже под небольшой нагрузкой бетон в растянутой зоне растрескивается (рис. 13.1, а) и балка разрушается. Если же в растянутую зону ввести стальную арматуру, то она примет на себя растягивающие напряжения (прочность стали при растяжении более 200 МПа), и балка, хотя на ней могут появиться трещины, не разрушится даже при больших нагрузках (рис. 13.1, б). В ряде случаев армируют элементы, работающие и на сжатие (колонны, сваи), так как и на сжатие сталь в 5… 10 раз прочнее бетона. В колоннах так же могут возникать зоны растяжения.
Наибольшее применение в строительстве находят однопролетные разрезные балки как наиболее простые в монтаже и эксплуатации. По трудоемкости изготовления неразрезные балки уступают первым, однако по расходу материала и по жесткости они более эффективны, что определяет их широкое применение в многоэтажных каркасах.
В разрезной балке растягивающие усилия возникают только в нижней части поперечного сечения, а в неразрезной они возникают и в верхней части сечения над опорами.
В неразрезных балках возникают большие растягивающие напряжения, чем в неразрезных.
18. Предельная высота сжатой зоны бетона. Основные понятия. Использование для оптимального проектирования. Относительная предельная высота сжатой зоны бетона.
Граничная высота сжатой зоны - это такая высота (абсолютная хR или относительная R = xR / ho), при которой в предельной по прочности стадии, т.е. перед разрушением, напряжения в сжатом бетоне b и в растянутой арматуре s одновременно достигают своих предельных значений (расчетных сопротивлений) Rb и Rs – такое сечение называют нормально армированным. Если армирование уменьшить, то высота сжатой зоны тоже уменьшится и станет меньше граничной, т.е. х < хR, – такое сечение называют слабо армированным. Если армирование увеличить, то окажется х > xR – такое сечение называют переармированным.
ho – расчетнорабочая высота конструкции (ho=h-a).
xR – дойдет до нейтральной оси, до армирования не дойдет.
Дальнейшее армирование после достижения R не имеет смысла. должна быть меньше чем R. В диапазоне 0,3 – 0,7 от R.
В слабо армированном сечении (а), при х < хR, деформации в арматуре достигли начала площадки текучести (s = pl), а в бетоне не достигли предельной сжимаемости (b < bu). Казалось бы, прочность бетона здесь недоиспользуется, и сечение работает нерационально. Но на самом деле, у арматуры имеется резерв – площадка текучести, а это значит, что по мере текучести стали, когда деформации в ней увеличиваются с pl до pl1 (рис. 29,г), растут и деформации бетона, достигая в итоге bu (рис. 29,а, пунктирная линия). Если вместо “мягкой” стали установить “твердую”, не имеющую площадки текучести, то деформации в ней к моменту разрушения превысят величину 02, соответствующую условному пределу текучести 02, и составят 02.1 (рис. 29, г), что учитывается коэффициентом условий работы s6: чем меньше х, тем больше s6. Следовательно, в слабо армированном сечении напряжения в “мягкой” стали достигают предела текучести и реализуют Rs, в “твердой” стали превышают условный предел текучести и составляют Rss6; напряжения в бетоне тоже, в конце концов, достигают расчетного сопротивления Rb.
Нормально армированное сечение при х = хR, работает наиболее рационально (б): b и s одновременно достигают значений соответственно bu и pl (или 02), а напряжения одновременно достигают значений соответственно Rb и Rs.
В переармированном сечении (в) при х > хR, деформации бетона достигают bu, а деформации арматуры не достигают pl (02), т.е. прочность бетона Rb используется полностью, а прочность арматуры Rs – частично: s < Rs. Причем, чем больше х, тем меньше s.
Слабо и нормально армированные сечения имеют один общий признак: бетон и арматура полностью используют свою прочность, поэтому принцип расчета у них одинаков (1-й случай расчета). Переармированные сечения рассчитывают иначе (2-й случай). Границей между случаями является величина хR (или R), поэтому ее и называют граничной высотой сжатой зоны.
