Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
Расчет сжатых железобетонных элементов прямоугольного сечения.
Для прямоугольного сечения zб=hо-0, 5х; Fб=bx. (14) Приведем решение для наиболее часто встречающихся в практике условий применения сжатых элементов (изготовленных из бетона марки не выше 400 с арматурой классов А-I, А-II, А-III, имеющих площадку текучести). Условие прочности принимает вид Ne£ Rпрbx(ho-0.5x)+RасF’в(ho-a’a) (15) Положение нейтральной оси при x=x/ho> xR определяют из формулы (sa=Ra) N+RaFa-RacF’a=Rпрbx (16) или Rпрbx(e-ho+0.5x)±RacF’ae’-RaFae=0 (17) где знак минус принимают при e< ho-a’. Из уравнения (17) Если х< 2а', то прочность сечения проверяют при Rа.с=0, если это приводит к повышению прочности элемента в сравнении с расчетом по формуле (15). Наименьшая суммарная площадь арматуры (Fа=F’a) получается в случае, когда положение нейтральной оси соответствует xR=xRho. При этом статический момент сжатой зоны бетона bxR(ho-0.5xR)=ARbh2o (19) где AR=xR(1-0.5xR) (20). Площадь сжатой арматуры в соответствии с формулой (15) (21) Площадь сечения растянутой арматуры определяют из уравнения (16) при замене х на хR=xRho: (22) Если формула (21) дает отрицательный результат, то сжатая арматура по расчету не требуется. Однако по конструктивным соображениям сжатую зону армируют минимальным количеством арматуры F’a. При заданном сечении арматуры F’a на основании формулы (15) вычисляют В правой части этого выражения все величины известны. Учитывая обозначения x=x/ho; Ао=x(1-0, 5x) Величина Ао может быть вычислена по формуле , а затем определено x=1-Ö 1-2Ао На конец из равенства (16), учитывая, что х=xho, может быть найдена площадь арматуры (26)
В элементах, подверженных действию одинаковых или близких по величине, но противоположных по знаку изгибающих моментов (например, в стойках эстакад, средних подкрановых колоннах, арках и т. п.), рационально применять симметричное армирование, т.е. Fa =F’a. В этом случае при Rа=Rа.с согласно формуле (16) высота сжатой зоны бетона (27) Учитывая, что при симметричном армировании е=еоh+0.5(hо-а), из формулы (15) находим (28) Симметричная арматура менее экономична, чем несимметричная; ее следует применять, если получается перерасход арматуры не более чем на 5% по сравнению с несимметричной арматурой. При x=x/ho> xR высоту условной сжатой зоны определяют из формулы N-RacF’a+saFa=Rпрbx (29 ) Сечение арматуры подбирают методом последовательного приближения в следующем порядке. Ориентировочно задаются коэффициентом армирования m элемента, определяют значение Nпр и затем вычисляют количество арматуры Fa и F’a. Если найденные площади сечения арматуры Fa и F’a соответствуют первоначально принятому коэффициенту армирования m, подбор арматуры считают выполненным. Если этого соответствия нет, производят повторные вычисления. Суммарный процент армирования окончательно подобранного сечения арматуры Расчет сжатых бетонных и железобетонных элементов прямоугольного сечения с симметричным армированием (рис.10) сталью классов А-I-А-III для случая, когда расчетный эксцентриситет продольной силы во равен нулю, при lo£ 20h допускается производить по условию N=mj(RпрF+RacFa) где m - коэффициент, принимаемый равным: m=1 при h> 20; m=0, 9 при h£ 20 см; h - размер сечения в рассматриваемой плоскости; j - коэффициент, определяемый по формуле j=jб+2(jж-jб)а, принимаемый не более jж; jб и jж - коэффициенты, принимаемые по табл.; Fa - площадь сечения всей продольной арматуры;
28.Напряженно-деформированное состояние железобетонных изгибаемых элементов. Элементы с ненапрягаемой арматурой. Изгибаемые элементы в зависимости от характера воздействия нагрузки и армирования разрушаются как по нормальному, так и по наклонному сечениям (рис). Достижение предельного состояния по нормальному сечению вызывается действием момента: по наклонному сечению - действием момента или поперечной силы или совместного их действия. При изгибе железобетонных балок различают участки действия одного изгибающего момента М (участок I на рис.) и участки действия изгибающего момента М и поперечной силы Q (участок II на рис). На некоторых ступенях загружения балки нагрузкой постепенно увеличивающейся интенсивности под воздействием главных растягивающих напряжений в бетоне образуются (не одновременно) нормальные трещины (в сечениях, нормальных к продольной оси элемента) и наклонные трещины (в сечениях, наклонных к той же оси). Рассмотрим напряженное состояние железобетонного элемента по нормальным сечениям (рис). Различают три стадии напряженного состояния изгибаемых элементов, изготовленных без предварительного напряжения,. В начальной стадии. I при нагрузке малой интенсивности деформации элемента близки к упругим; зависимость между напряжениями и деформациями в бетоне и арматуре линейная, эпюры нормальных напряжений в бетоне сжатой и растянутой зон сечения треугольные. Стадия I характеризуется отсутствием трещин в растянутом бетоне; в растянутой зоне нормальных сечений балки бетон и арматура совместно сопротивляются внешним воздействиям. Нейтральная ось сечений, нормальных к продольной иск элемента, проходит в центре тяжести при веденного сечения. К концу стадии I в растянутой зоне балки деформации растянутого бетона становятся неупругими, эпюра напряжений заметно искривляется, напряжения в бетоне у растянутой грани балки достигают предела прочности на растяжение sб.р, а его относительные деформации - предельных значений eрmaх=0, 0001-0, 00015. При этом напряжения в растянутой арматуре еще весьма малы, их значение составляет примерно sa = eрmaх Ea= 0, 00015× 2100000»300 кгс/см2.
Стадия II наступает после образования нормальных трещин в бетоне растянутой зоны. С дальнейшим увеличением нагрузки эпюра напряжений в бетоне сжатой зоны существенно искривляется в связи с нарастанием его неупругих деформаций; наибольшие напряжения в сжатой зоне бетона остаются меньше предела прочности на сжатие sб.пр. Трещины в бетоне растянутой зоны развиваются почти до нейтральной оси, ширина их по мере увеличения нагрузки возрастает. В местах образования трещин бетон в нормальном сечении из работы выключается, все растягивающие напряжения воспринимаются арматурой; напряжения в арматуре постепенно с ростом нагрузки увеличиваются; к концу стадии II они превышают предел упругости и достигают предела текучести, если сталь таковой обладает. На участках между трещинами вследствие сцепления арматуры с бетоном бетон участвует в работе на растяжение и частично разгружает растянутую арматуру. Из-за трещин нейтральная ось по длине элемента становится волнообразной, подымаясь над трещинами., _ Трещины раскрываются шире; неупругие деформации бетона сжатой зоны нарастают, отчего эпюра напряжений резко искривляется; волнообразная нейтральная ось перемещается в сторону сжатой зоны. В стадии III с новым сравнительно малым увеличением нагрузки напряжения в арматуре остаются равными пределу текучести от, но деформации се возрастают. К концу стадии III наибольшие сжимающие напряжения в бетоне достигают предельной величины sб.пр и наступает состояние предельного равновесия элемента и его разрушение. Если арматура не имеет физического предела текучести, то полагают, что стадия II завершается, когда напряжение в арматуре достигает условного предела текучести (напряжения, отвечающего относительному удлинению арматуры, равному e=0, 2%). В этом случае в стадии III напряжения в арматуре продолжают, увеличиваться, сопровождаясь неупругими деформациями, а предельное состояние элемента и разрушение наступают, когда сжатый бетон или растянутая арматура достигнут предельного сопротивления. Стадии III присущи значительные деформации, что обусловливает постепенное нехрупкое разрушение элемента - случай I разрушения. При значительном содержании растянутой арматуры в балке ее разрушение может произойти вследствие раздавливания бетона сжатой зоны при напряжениях в арматуре ниже предела текучести. Такое разрушение происходит внезапно хрупко - случай II разрушения. В таком случае считают сечение элемента «переармированным». Такие сечения допускают в исключительных случаях. Предварительно напряженные элементы. Рассмотрим последовательность изменения напряженных состояний изгибаемого элемента, изготовляемого с натяжением арматуры на упоры, начиная с момента обжатия бетона до разрушения (табл.). Состояние 1. Уложенная в форму нижняя Fн и верхняя F’н арматура натянута на упорах до контролируемых напряжений, соответственно sо и s’о. Элемент бетонируют и выдерживают до приобретения бетоном прочности Ro³ 0.7R. В этом состоянии происходят первые потери напряжений sп1 и s’п1. Напряжения в арматуре становятся равными sн1=sо-sп1 и s’н1=s’о-s’п1. Напряжения в бетоне равны нулю. Состояние 2. Арматура отпущена с упоров, она обжимает элемент, обжатие происходит внецентренно, так как арматура несимметрична; вследствие этого элемент выгибается. При обжатии элемента напряжения в арматуре уменьшаются на величину nsб1 в арматуре Fн и ns’б1 в F'н (где sб1 и s’б1 - напряжения в бетоне на уровне центра тяжести арматур Fн и F'н с учетом первых потерь в арматуре sп1 и s’п1, а n=Ea/Eб). После обжатия элемента в арматуре происходят вторые потери sп2 и s’п2 и в ней устанавливаются напряжения, равные в арматуре Fн и F'н соответственно: sн2=sо-sп1-sп2-nsб2 s’н2=s’о-s’п1-s’п2-ns’б2 Здесь sб2 и s’б2 - напряжения в бетоне сжатой и растянутой зон сечения на уровне центров тяжести арматур Fн и F'н, определенные с учетом проявления всех потерь. Состояние 3. Приложена внешняя нагрузка к элементу. Изгибающий момент от нагрузки создает в сечении двузначную эпюру напряжений. Эти напряжения суммируются с напряжениями предварительного обжатия. В этом состоянии значение внешней нагрузки принимают таким, чтобы момент от нее в элементе погашал до нуля предварительное обжатие бетона на уровне центра тяжести арматуры, т.е. снижал напряжения в бетоне на этом уровне на sб2. При этом напряжения в арматуре Fн увеличатся на nsб2 и составят sо-sп (где sп=sп1+sп2). Состояние 4. Внешняя нагрузка увеличивается до значения, при котором момент от нес в сечении элемента увеличит растягивающие напряжения в бетоне до предельного сопротивления растяжению sбр. Напряжения в арматуре Fн при этом возрастут примерно на 300 кгс/см2 (см. начало этого параграфа) и достигнут значения sо-sп +300 кгс/см2. Состояние 5. При последующем увеличении нагрузки образуются трещины; в сечениях, совпадающих с ними, усилия в растянутой зоне элемента воспринимаются одной арматурой. Напряжения в бетоне сжатой зоны и растянутой арматуре растут по мере увеличения нагрузки. Разрушение элемента происходит при достижении растянутой арматурой или бетоном сжатой зоны предельного сопротивления. Рассмотренные напряженные состояния используют при расчетах железобетонных элементов; до образования трещин их считают упруго-деформирующимися. Образование трещин в элементах рассчитывают по состоянию 4 (см. табл); при промежуточных загружениях в этой стадии рассчитывают прогибы предварительно напряженных конструкций 1-й и 2-й категории трещиностойкости. По стадии II (рис.) при промежуточных загружениях после образования трещин определяют прогибы, а также ширину раскрытия трещин; по состоянию 5 (см. табл.) производят те же расчеты предварительно напряженных элементов 3-й категории трещиностойкости. По конечному состоянию стадии III (см. рис.) и завершающему этапу состояния 5 (см. табл.) определяют несущую способность изгибаемых элементов, их прочность по нормальным сечениям.
Популярное:
|
Последнее изменение этой страницы: 2016-06-04; Просмотров: 1085; Нарушение авторского права страницы