2.5. Подбор поперечной арматуры изгибаемых элементов

Подбор поперечной арматуры производится из условия проч­ности сечений, наклонных к продольной оси элемента. При этом должна обеспечиваться прочность сечений на действие поперечной силы между наклонными трещинами и на действие поперечной силы по наклонной трещине. Кроме того должна обеспечиваться проч­ность сечений на действие изгибающего момента. Однако, поскольку в балочных конструкциях на приопорных участках изгибающие моменты невелики (как правило поперечная арматура требуется по расчету именно на приопорных участках - в зоне действия больших поперечных сил), и нормальные к продольной оси трещины в рас­тянутой грани не образуются, расчет на действия момента можно не производить.

В плите проезжей части поперечная арматура обычно не устанав­ливается, поэтому здесь необходимо выполнение условия:

(39)

где с - длина проекции невыгоднейшего наклонного сечения на продольную ось элемента, определяемая посредством сравнительных расчетов из условия минимума несущей способности наклонного сечения, при этом с принимается не более и не менее . При равномерно распреде­ленной нагрузке q эту длину можно определить по формуле,

(40)

Q - максимальное значение поперечной силы от внешней на­грузки, расположенной по одну сторону от рассматривае­мого наклонного сечения.

Для железобетонных элементов с поперечной арматурой для обеспечения прочности на действие поперечной силы по сжатому бе­тону между наклонными трещинами должно выполняться условие:

(41)

где Q - поперечная сила на расстоянии не ближе h₀ от оси опоры;

здесь = 5 - при хомутах, нормальных к продольной оси элемента;

= 10 - то же, наклонных под утлом 45°;

- соотношение модулей упругости арматуры хомутов и бетона;

здесь - площадь сечения ветвей хомутов, расположенных в одной плоскости;

- расстояние между хомутами по нормали к ним;

b - толщина стенки (ребра);

- рабочая высота сечения.

Коэффициент определяется по формуле

(42)

в которой расчетное сопротивление принимается в МПа.

Расчет наклонных сечений элементов с поперечной арматурой на

действие поперечной силы в общем случае производится из условия:

(43)

где Q - максимальное значение поперечной силы от внешней нагрузки, расположен­ной по одну сторону от рассматривае­мого наклонного сечения;

- сумма проекций усилий всей пересекае­мой ненапрягаемой (наклонной и нор­мальной к продольной оси элемента) арматуры при длине проекции с (не превышающей и не более значения , соответствующего условию, при ко­тором поперечная сила, воспринимае­мая поперечной арматурой, равна по­перечной силе, воспринимаемой бето­ном. При отсутствии отгибов и напря­гаемых хомутов можно принимать

(44)

где определяется по формуле

(45)

здесь s - шаг хомутов;

- то же, в напрягаемой арматуре, имеющей сцепление с бетоном (если напрягаемая арматура не имеет сцепления с бетоном, то значение расчетного сопротивления следует принять равным установив­шемуся предварительному напряжению в напрягаемой арматуре);

- расчетные сопротивления ненапрягаемой и напрягаемой арматуры с учетом коэф­фициентов , определяемых по п. 2.2;

- угол наклона стержней (пучков) к продольной оси элемента в местах пе­ресечения наклонного сечения; - поперечное усилие, воспринимаемое бе­тоном сжатой зоны над концом наклон­ного сечения и определяемое по формуле

(46)

здесь - толщина стенки (ребра) или ширина сплошной пли­ты и расчетная высота сечения, пересекающего центр сжатой зоны наклонного сечения;

с - длина проекции невыгоднейшего наклонного сечения на продольную ось элемента, определяемая сравни­тельными расчетами из условия минимума попереч­ной силы, воспринимаемой бетоном и арматурой. При этом на участках длиной от опорного сече­ния следует выполнять проверку наклонного сечения с углом наклона к опорному (вертикальному) сече­нию 45° для конструкций с ненапрягаемой арматурой и 60° - с напрягаемой. При наличии напрягаемых хо­мутов необходимо дополнительно рассматривать сече­ния под углом наклона , определяемым по формуле

(47)

здесь - значение главного растягивающего напряжения;

- значение касательного напряжения.

Значение поперечной силы, воспринимаемой бетоном сжатой зоны, ограничивается:

- для изгибаемых элементов таврового сечения

; (48)

- для изгибаемых элементов прямоугольного сечения при ши­рине не менее 1 м

. (49)

Поперечное армирование стенок ненапрягаемых балок выполня­ется в виде наклонных и вертикальных стержней (хомутов). Хомуты объединяются с продольной арматурой стенок в каркасы. Хомуты в поясах балок должны охватывать ширину пояса не более 50 см и объединять не более пяти растянутых и не более трех сжатых стерж­ней продольной арматуры, расположенной в крайних горизонтальных рядах. Наклонные стержни, как правило, должны иметь по отноше­нию к продольной оси элемента угол наклона, близкий к 45° (не более 60° и не менее 30°). Дополнительные наклонные стержни из арматуры классов А-I, А-II, А-III, устанавливаемые по расчету, должны при­вариваться к продольной рабочей арматуре, при этом длина односто­роннего сварного шва принимается не менее 12 диаметров; длину двухсторонних швов допускается принимать вдвое меньшей. К одному стержню продольной арматуры допускается приваривать с каждого конца балки не более двух дополнительных стержней.

Наклонные стержни следует отгибать по дуге радиусом не менее 10 диаметров арматуры. Отгибы у торцов балки за осью опорной части допускается выполнять по дуге радиусом не менее трех диаметров арматуры.

Хомуты на концевых участках балок должны приниматься диа­метром не менее 10 мм, на остальных участках - не менее 8 мм. Концевые участки балок простираются от оси опорной части в сто­рону пролета на длину, равную высоте балки. Хомуты следует уста­навливать с шагом, не превышающем, см:

10 - на концевых участках балки;

15 - на приопорных участках балки, простирающихся от границ концевых участков до четвертей пролета;

20 - на среднем участке балки длиной, равной 1/2 пролета (между границами приопорных участков).

В зоне расположения анкеров напрягаемых арматурных элементов следует устанавливать дополнительную поперечную арматуру по рас­чету на местные напряжения. Дополнительную арматуру выполняют из стержней периодического профиля с шагом между ними не более:

10 см - в сетках;

6 см - в спиралях.

Собственно подбор поперечной арматуры можно выполнить по следующему алгоритму:

1. Подобрать минимально необходимое количество поперечной арматуры исходя из конструктивных требований, описанных выше.

2. По формулам (41) и (43) проверить условия прочности.

3. При невыполнении условий прочности изменить параметры сечения элемента или увеличить поперечное армирование.