Тема 6. Сжатые и растянутые элементы

 

6.1. Конструктивные особенности сжатых элементов. Расчет внецентренно сжатых элементов.

6.2. Конструктивные особенности растянутых элементов. Расчет прочности центрально растянутых элементов.

 

6.1. Конструктивные особенности сжатых элементов. Расчет внецентренно сжатых элементов.

В реальных строительных конструкциях центральное сжатие отсутствует, т.к. такие элементы испытывают действие продольной сжимающей силы и поперечного изгибающего момента (иногда и двух ортогональных моментов), т.е. являются внецентренно сжатыми. Примером внецентренно сжатых элементов являются колонны одно- и многоэтажных зданий, элементы ферм, арок, оболочек и т.д.

В соответствии с характеристиками силовых воздействий поперечное сечение сжатых элементов принимают обычно развитым в плоскости действия момента, оно может быть прямоугольным, тавровым, двутавровым, коробчатым, а иногда и квадратным, круглым или кольцевым.

По характеру армирования сжатые элементы подразделяются на три типа:

а) с гибкой продольной арматурой и поперечными стержнями (хомутами);

б) с гибкой продольной арматурой и поперечной арматурой в виде спиралей и сеток;

в) с жесткой продольной рабочей арматурой.

Основное назначение поперечной арматуры в сжатых элементах – удержать сжатые продольные стержни от потери устойчивости; то есть они уменьшают свободную длину для продольных стержней, закрепляя их.

Экспериментальные исследования показали, что возможны два случая работы сжатых железобетонных элементов.

Случай 1 - при относительно больших эксцентриситетах. Разрушение элемента начинается с растянутой зоны при достижении арматурой предела текучести или чрезмерных деформаций.

Случай 2 - при относительно малых эксцентриситетах. Разрушение элемента происходит по сжатой зоне при достижении бетоном предельной сопротивляемости на сжатие до появления в растянутой или слабо сжатой арматуре предела текучести или чрезмерных деформаций.

 

6.2. Конструктивные особенности растянутых элементов. Расчет прочности центрально растянутых элементов.

В условиях центрального (осевого) растяжения находятся затяжки арок, нижние пояса и нисходящие раскосы ферм, стенки круглых в плане резервуаров для жидкостей и некоторые другие конструктивные элементы.

Центрально-растянутые элементы проектируют, как правило, предварительно напряженными, что существенно повышает сопротивление образованию трещин в бетоне.

Расчет прочности центрально-растянутых элементов производится по стадии III – разрушение элемента. Разрушение элементов происходит после того, как в бетоне образуются сквозные трещины и он в этих местах выключается из работы, а в арматуре напряжения достигают предела текучести или временного сопротивления разрыву. Несущая способность центрально-растянутого элемента обусловлена предельным сопротивлением арматуры без учета бетона.

Вопросы для самоконтроля.

1. Конструктивные особенности сжатых элементов.

2. Расчет внецентренно сжатых элементов.

3. Конструктивные особенности растянутых элементов.

4.  Расчет прочности центрально растянутых элементов.

 

Тема 7. Перемещение и образование трещин

 

7.1. Общие положения. Сопротивление образованию трещин центрально растянутых элементов. Сопротивление образованию трещин изгибаемых внецентренно сжатых и внецентренно растянутых элементов. Сопротивление раскрытию трещин. Кривизна оси при изгибе, жесткость и перемещения железобетонных элементов.

Трещиностойкость элементов — это сопротивление образованию трещин в стадии I или сопротивление раскрытию трещин в стадии II. Трещино­стойкость элементов проверяют расчетом в сечениях, нормальных к продольной оси, а при наличии попереч­ных сил — также и в сечениях, наклонных к продольной оси. Расчеты трещиностойкости и перемещений элемен­тов относятся к расчетам по второй группе предельных состояний.

Расчет по образованию трещин в центрально-растянутых элементах заключается в про­верке условия, что трещины в сечениях, нормальных к продольной оси, не образуются, если продольная сила N от действия внешней нагрузки не превосходит внутрен­него предельного усилия в сечении перед образованием трещин N_crc.

Расчет по образованию трещин, нормальных к продольной оси элемента, заключается в проверке условия, что тре­щины в нормальных сечениях не образуются, если момент внешних сил М не пре­восходит момента внутренних усилий в сечении перед образованием трещин M_crc.

После образования трещин в растянутых зонах железобетонных элементов при даль­нейшем увеличении нагрузки происходит раскрытие тре­щин — стадия II напряженно-деформированного состоя­ния. Расчет сводится к определению ширины раскрытия трещин и недопущению превышения предельной величины раскрытия трещин.

Расчет перемещений железобетонных элементов — прогибов и углов поворота — связан с определением кри­визны оси при изгибе или с определением жесткости эле­ментов. По длине железобетонного элемента в зависимо­сти от вида нагрузки и характера напряженного состояния могут быть участки без трещин (или участки, где трещины закрыты) и участки с трещинами в растя­нутой зоне. Считается, что элементы или участки эле­ментов не имеют трещин в растянутой зоне, если при действии постоянных, длительных и кратковременных нагрузок с коэффициентом надежности по нагрузке γ_f = 1 трещины не образуются.

При расчете статически неопределимых железобетонных конструкций необходимо знать жесткость элементов. Для внецентренно сжатых элементов с двузначной эпюрой напряжений и с участками по длине без трещин и с тре­щинами в растянутой зоне необходимо определять осредненную жесткость.

Вопросы для самоконтроля.

1.  Сопротивление образованию трещин центрально растянутых элементов.

2. Сопротивление образованию трещин изгибаемых внецентренно сжатых и внецентренно растянутых элементов.

3. Сопротивление раскрытию трещин.

4. Кривизна оси при изгибе, жесткость и перемещения железобетонных элементов.