13. Виды изгибаемых жбк, конструктивные особенности. Продольное и поперечное армирование.

Балками, прогонами и ригелями называются согласно [2] стержневые изгибаемые элементы, работающие под нагрузкой отдельно или в составе перекрытия, покрытия и т.д. По способу возведения балки могут быть сборными, монолитными и сборно-монолитными, по форме поперечного сечения - прямоугольного, таврового, двутаврового, трапециевидного и другого сечения. Минимальная ширина сечения балок, а также ребер сборных панелей, настилов и часторебристых перекрытий зависит от диаметра продольной арматуры и крупности заполнителей. Рекомендуемая ширина сечения балок 100,120,150,200,220,250мм и далее кратно 50мм. Высота сечения 300, 400, 500, 600, 700, 800, 1000, 1200 и далее кратно 300мм при соотношении высоты к ширине 2...4.

Расположение арматуры в железобетонных конструкциях производится с учетом ее вида, формы и величины поперечного сечения элементов, а также минимальных расстояний между стержнями и требуемой толщины защитного слоя бетона. Распределение арматуры в поперечном сечении балок мало зависит от того, применятся она в виде сварных или вязаных каркасов.

Число продольных рабочих гибких стержней, заводимых за грань опоры балки, должно быть не менее дух. В балках и ребрах шириной 150мм и менее допускается установка и доведение до опоры одного стержня, если они рассчитаны на небольшую равномерно распределенную нагрузку.

Диаметр стержней рабочей арматуры балок d>10мм. Желательно назначить все рабочие стержни одинакового диаметра и не более 32мм. При назначении рабочей арматуры для элементов из легкого бетона предпочтение рекомендуется отдавать мелким диаметрам стержней, т.е. 18 мм и менее.

Расстояния в свету между отдельными стержнями должны приниматься не менее наибольшего диаметра стержней и не менее 25 мм для нижней арматуры и 300 мм для верхней арматуры. При расположении нижней арматуры более чем в два ряда по высоте сечения расстояния между стержнями, расположенными в третьем и следующих рядах, должны быть не менее 50мм. Этим обеспечивается свободное проникновение между арматурными стержнями крупных заполнителей.

Армирование балок прокатными профилями допускается лишь при строительстве промышленных зданий и сооружений. Для лучшего сцепления с бетоном жесткая арматура имеет рифленую поверхность.

Плитами называют изгибаемые элементы относительно небольшой толщины и сравнительно больших размеров в плане. Они могут быть элементами перекрытий, покрытий, фундаментов и других конструкций. Ребра ребристых сборных и монолитных плит конструируются как балки.

Толщина плит определяется с учетом требований экономического армирования и унификации элементов, а также из условий технологии их изготовления и возведения. Минимальная толщина плит из монолитного тяжелого бетона составляет 40мм для покрытий, 50мм для междуэтажных перекрытий жилых и общественных зданий и 60 мм для перекрытий производственных зданий. При применении легкого бетона во всех случаях t>70мм. Ширина сборных плит должна гарантировать качественное заполнение швов бетоном. Поэтому ширина швов должна составлять не менее 20мм для плит высотой до 250мм и е менее 30мм для плит большей высоты.

Железобетонные плиты [2] допускается применять для монолитных плит с большим количеством отверстий. Отверстия должны окаймляться дополнительной арматурой сечением не менее сечения рабочей арматуры, которая потребуется по расчету плиты как сплошной. Диаметр рабочих стержней d>3мм дл сварных сеток и d>6мм для вязаной арматуры. Расстояние между рабочими стержнями должно быть не более 200мм при толщине плиты t<150мм и не более 1,5t при t>150мм.

Сталебетонные плиты с внешним армированием возводятся при помощи профилирующих настилов из гладкой листовой стали толщиной 4,6,8,10мм и более. Сдвигающие усилия между арматурой и бетоном воспринимаются агкериющими рифами или дюбелями. Для восприятия отрицательных опорных моментов многопролетных плит и дополнительного усилия растянутой зоны однопролетных плит дополнительно ставится стержневая арматура периодического профиля.

11-12. Относительная и граничная высота сжатой зоны изгибаемых железобетонных элементов. Три стадии НДС.

Относительной высотой сжатой зоны бетона называется отношение высоты сжатой зоны к рабочей высоте сечения.

Если относительная высота сжатой зоны меньше или равна граничной, разрушение произойдет по первому случаю, в противном случае наоборот. Поскольку всегда желательно конструировать элемент так, чтобы возможное разрушение начиналось с текучести арматуры, то необходимо стремиться к тому, чтобы относительная высота сжатой зоны бетона была бы меньше или равна ее граничному значению.

Из опыта проектирования известно, что наиболее экономичные решения достигаются тогда, когда относительная высота сжатой зоны находится: для отдельных балок в пределах 0,3 – 0,4, для плит 0,1 – 0,15.

Граничной относительной высотой сжатой зоны называется такое отношение высоты сжатой зоны изгибаемого железобетонного элемента к рабочей высоте сечения, при котором разрушение сжатой зоны бетона наступает одновременно с достижением напряжениями в растянутой арматуре предела текучести (расчетного сопротивления).

Значение граничной относительной сжатой зоны бетона зависит в основном от класса арматуры, точнее от расчетного сопротивления арматуры растяжению (для рабочей растянутой арматуры) – с увеличением расчетного сопротивления арматуры значение граничной высоты сжатой зоны уменьшается. Зависимость от класса бетона по прочности на сжатие наблюдается, однако является довольно слабой и поэтому для обычных (не высокопрочных) бетонов зависимостью граничной высоты сжатой зоны от класса бетона пренебрегают.

Для нахождения граничной высоты сжатой зоны бетона применяется соотношение:

, где 0,8- коэффициент, учитывающий неравномерное распределение напряжений в сжатой зоне бетона.

- относительная деформация арматуры при достижении в ней напряжений равных расчетному сопротивлению (от внешних нагрузок).

Опыты с различными железобетонными элементами - изгибаемыми, внецентренно растянутыми, а также внецентренно сжатыми с двузначной эпюрой напряжений показали, что при постепенном увеличении нагрузки можно наблюдать три характерные стадии напряженно - деформированного состояния (в дальнейшем будем применять сокращенный вариант этого термина - НДС);

стадия 1 - до появления в бетоне растянутой зоны трещин, когда напряжения в нем меньше временного сопротивления растяжению и растягивающие усилия воспринимаются арматурой и бетоном совместно;

стадия 1а - непосредственно перед появлением первой трещины в растянутом бетоне; в этом состоянии напряжения в крайнем растянутом волокне бетона достигают предела прочности бетона на растяжение , т.е. стадия II - после появления трещин в бетоне растянутой зоны, когда растягивающие усилия в местах, где образовались трещины, воспринимаются арматурой и участком бетона над трещиной, а на участках между трещинами - арматурой и бетоном совместно;

стадия III - стадия разрушения, характеризующаяся относительно коротким периодом работы элемента, когда напряжения в растянутой стержневой арматуре достигают физического или условного предела текучести, а в высокопрочной проволоке - временного сопротивления, а напряжения в бетоне сжатой зоны - временного сопротивления сжатию. В зависимости от степени армирования элемента последовательность разрушения зон - растянутой и сжатой - может изменяться.

При этом каждая из рассмотренных стадий НДС положена в основу того или иного расчета в зависимости от задачи соответствующего расчета. Например, стадия разрушения используется в расчете прочности сечений железобетонных элементов, так задача расчета прочности заключается в предотвращении разрушения; стадия 1а -положена в основу расчета по образованию трещин в железобетонных элементах, так как его задача - определить, образуются ли трещины в растянутом бетоне сечения, и т.д..