Конструктивные особенности

Наиболее распространенные изгибаемые элементы железобетонных конструкций - плиты и балки. Балками называют линейные элементы, длина которых l значительно больше поперечных размеров h и b. Плитами называют плоские элементы, толщина которых h значительно меньше длины l и ширины b. Из плит и балок образуют многие железобетонные конструкции, чаще других - плоские перекрытия и покрытия, сборные и монолитные, а также сборно-монолитные. Плиты в монолитных конструкциях делают толщиной 50-100 мм, в сборных - меньшей толщины.

Плиты и балки могут быть однопролетными и многопролетными.

Такие плиты деформируются подобно балочным конструкциям при различного рода нагрузках (балочные плиты), если значения этих нагрузок не изменяется в направлении, перпендикулярном пролету (плиты, опертые по контуру).

Армируют плиты сварными сетками. Сетки укладывают в плитах так, чтобы стержни их рабочей арматуры укладывались вдоль пролета и воспринимали растягивающие усилия, возникающие в конструкции при изгибе под нагрузкой, в соответствии с эпюрами изгибающих моментов. Поэтому сетки в плитах размещаются понизу, а в многопролетных плитах - также и поверху, над промежуточными опорами.

Стержни рабочей арматуры принимают диаметром 3 - 10мм, располагают их на расстоянии (с шагом) 100 - 200 мм одна от другого. Защитный слой бетона для рабочей арматуры принимают не менее 10мм, в особо толстых плитах (толщина 100мм) - не менее 15мм.

Поперечные стержни сеток (распределительную арматуру) устанавливают для обеспечения проектного положения рабочих стержней, уменьшения усадочных и температурных деформациий конструкций, распределения местного воздейтвия сосредоточенных нагрузок на большую площадь. Общее сечение поперечных стержней принимают не менее 10% сечения рабочей арматуры, размещенной в месте наибольшего изгибающего момента. Располагают их с шагом 250 - 300мм, но не реже, чем через 350мм.

Армирование плит отдельными стержнями с вязкой их в сетки вручную с помощью вязальной проволоки применяют в отдельных случаях (плиты сложной конфигурации или с большим количеством проемов), когда стандартные сварные сетки не могут быть использованы.

Железобетонные балки могут быть прямоугольного, таврового, двутаврового и трапециевидного сечения.

Высота балок h колеблется в широких пределах; она состоавляет 1/10 - 1/20 часть пролета в зависимости от нагрузки и типа конструкции. В целях унификации высоту балок назначают кратной 50 мм, если она не более 600 мм, и кратной 100 мм - при больших размерах, из которых предпочтительнее значения, кратные 100 мм до высоты 800 мм, затем 1000, 1200 и далее кратно 300мм.

Ширину прямоугольных поперечных сечений b принимают в пределах 0.3 - 0.5 h, а именно 100, 120, 150, 200, 220, 250 мм и далее, кратно 50 мм. Предпочтительнее принимать 150, 200 и далее кратно 100 мм.

Для снижения расхода бетона ширину балок назначают наименьшей. В поперечном сечении балки рабочую арматуру размещают в растянутой зоне сечения в один или два ряда с такими зазорами, которые допускали бы плотную укладку бетона без пустот и каверн.

а_l - защитный слой бетона для рабочей продольной арматуры принимается

n не менее 20 мм при h³250 мм

n не менее 15 мм при h<250 мм

n не менее диаметра арматуры

а_w - защитный слой бетона для поперечной арматуры; принимается

n не менее 15 мм при при h³250 мм

n не менее 10 мм при h<250 мм

а₁^’ - расстояние в свету между стержнями продольной арматуры; принимается

n не менее диаметра

n не менее 30 мм

а₂ - расстояние в свету между рядами стержней продольной арматуры; принимается

n не менее диаметра

n не менее 25 мм.

Если арматура расположена более чем в два ряда, то горизонтальное расстояние между стержнями в третьем ряду (снизу) и выше расположенных рядах принимают не менее 50 мм. В стесненных условиях стержни можно располагать попарно без зазоров.

Продольную рабочую арматуру укладывают согласно эпюрам изгибающих моментов в растянутых зонах. Для экономии стали часть продольных арматурных стержней можно не доводить до опор и обрывать в пролете там, где они по расчету не требуются. Площадь сечения продольной рабочей арматуры для прямоугольных сечений шириной b, высотой h не менее

m=А_s/bh₀=0.05%.

В балках шириной 150 мм и более должно быть не менее двух продольных (доводимых до опоры) стержней. Если ширина менее 150 мм - допускается установка 1 стержня.

В железобетонных балках одновременно с изгибающими моментами действуют поперечные силы, необходимо устанавливать поперечную арматуру. Ее количество определяют из расчета наклонных сечений и по конструктивным соображениям.

Продольную и поперечную арматуру объединяют в сварные каркасы, а при отсутствии сварочных машин - в вязанные. Плоские сварные каркасы объединяют в пространственные с помощью горизонтальных поперечных стержней через 1 - 1.5 м.

По расчетно-конструктивным условиям расстояние в продольном направлении между поперечными стержнями: в балках высотой до 400 мм - не более h/2, но не более 150 мм, в балках высотой > 400мм - не более h/3, но не более 500мм. Это требование относится к приопорным участкам балок 1/4L при равномерно распределенной нагрузке. При сосредоточенной нагрузке - на протяжении от опоры до ближайшего груза, но не менее 1/4L. В остальной части элемента расстояние между хомутами может быть больше, но не более 3/4h и не более 500мм. При высоте менее 150 мм поперечную арматуру можно не применять, если она не требуется по расчету.

В балках высотой более 700мм у боковых граней ставят дополнительные продольные стержни на расстоянии по высоте не более чем через 400мм. Эти стержни вместе с поперечной арматурой сдерживают раскрытие наклонных трещин на боковых гранях балок

В преднапряженных изгибаемых элементах арматуру располагают в соответствии с эпюрами изгибаемых моментов и поперечных сил. Армирование криволинейной напрягаемой арматурой более всего отвечает очертаниям траекторий главных растягивающих напряжений и потому наиболее рационально, но оно сложнее, чем армирование прямолинейной арматурой. Иногда часть напрягаемой арматуры ставят на противоположной грани балки в колочестве

А_sp‘=(0.15-0.25)А_sp; Это полезно в элементах большой высоты, где усилие обжатия располагается вне ядра сечения, и вызывает на противоположной стороне растяжение, которое может привести к образованию трещин (в процессе изготовления элементов). В элементах небольшой высоты раскрытие верхних трещин может быть предотвращено монтажной ненапрягаемой арматурой, и напрягаемую арматуру в сжатой зоне можно не ставить.

Наиболее рациональная форма поперечного сечения изгибаемых предварительно напряженных элементов - двутавровая, а при толстой стенке - тавровая. Сжатая полка сечения развивается для восприятия сжимающей равнодействующей внутренней пары сил изгибающего момента, возникающего в элементе под нагрузкой, а уширение растянутой зоны - по условию размещения в ней арматуры, а также по условию обеспечения прочности этой части сечения при обжатии элемента.

В предварительно напряженных балках особое значение имеет конструирование приопорных участков. Здесь происходит передача значительных усилий обжатия с арматуры на бетон через торцевые анкеры (при натяжении на бетон) или при арматуре без анкеров на концевых участках арматуры в зоне ее анкеровки. Здесь же при внеосевом воздействии напрягаемой арматуры на элемент возникают местные перенапряжения в торцевой части элемента, из-за чего могут образовываться трещины, раскрывающиеся по торцу и поверху на опорных частях элемента. Местное усиление таких участков элемента рекомендуется производить постановкой дополнительной поперечной арматуры или напрягаемой арматуры через закладные детали, а также увеличением сечения элемента на этих участках. Усилие натяжения в поперечной напрягаемой арматуре должно составлять не менее 15% от усилия натяжения продольной арматуры. Ненапрягаемую поперечную арматуру нужно принимать такого сечения, чтобы она могла воспринять не менее 20% усилия в продольной напрягаемой арматуре.

По концам преднапряженных элементов при арматуре без анкеров, а также при наличии анкерных устройств производят местное усиление бетона с помощью дополнительных сеток и хомутов, охватывающих все продольные стержни.

Расчет прочности по нормальным сечениям элементов любого профиля.

Прочность изгибаемых железобетонных элементов любого симметричного профиля по нормальным сечениям, согласно первой группе предельных состояний, рассчитывают по III стадии напряженно-деформированного состояния. 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.

В бетоне сжатой зоны криволинейную эпюру напряжений заменяют прямоугольной, что на значение момента влияет несущественно.

Сечение элемента может быть любой формы, симметричное относительно оси, совпадающее с силовой плоскостью изгиба. В растянутой и сжатой зонах сечения элемента в общем случае имеется арматура напрягаемая и ненапрягаемая.

Рекомендуется применять изгибаемые элементы при сечениях, удовлетворяющих условию случая 1:

x £x_Rh_o;

Значение относительной граничной высоты сжатой зоны для прямоугольных, тавровых и двутавровых сечений определяем по формуле

x_R=w/(1+(1-w/1.1)s_sR/s_scu)

Равнодействующие нормальных напряжений в арматуре и бетоне

N_s=R_sA_s; N_p=g_s6R_sA_sp; N_b=R_bA_b; N’_s=R_scA’_s; N’_sp=s_sA’_sp;

Из условия равновесия нулю суммы проекций всех нормальных усилий на ось элемента

R_sA_s+g_s6R_sA_sp- R_bA_b- R_scA’_s-s_sA’_sp=0;

Отсюда можно определить площадь сечения бетона A_b сжатой зоны, а по ней и высоту сжатой зоны х.

Прочность элемента достаточна, если внешний расчетный изгибающий момент не превосходит расчетной несущей способности сечения, выраженной в виде обратно направленного момента внутренних сил. При моментах, взятых относительно оси, проходящей через точку приложения равнодействующей усилий во всей растянутой арматуре, условие прочности выражается неравенством

M£R_bA_bz_b+R_scA_s’(h_o-a’)+s_scA_sp’(h_o-a_p’)

При этом напряжения получают по формуле

s_sс=s_sc,u-s_sp’

с коэффициентом точности натяжения g_sp>1.

При случае 2, когда

x³x_Rh_o; принимают g_s6=1 и s_s вместо R_s.

Значение s_s определяют по формуле

s_s=R_s(0.2+x_R)/[0.2+x+0.35(1-x/x_R)s_sp/R_s]

в которой x=х/h₀ подсчитывают при значении R_s, а s_sp берут с коэффициентом точности натяжения арматуры g_sp>1.

Поиск по сайту: