- •Ю.В. Попков, а.И. Колтунов, а.А. Хотько Железобетонные конструкции
- •Предисловие
- •Содержание
- •Рабочая программа
- •Цель и задачи дисциплины
- •Виды занятий и формы контроля знаний
- •3. Тематический план лекционного курса
- •Итого: 48 часов
- •4. Тематический план практических занятий
- •Итого: 16 часов
- •5. Рейтинговая система контроля успешности обучения студентов
- •6. Общие методические рекомендации по изучению курса
- •Основная
- •Дополнительная
- •Раздел 1. Физико-механические свойства
- •Вопросы для самоконтроля
- •Лекция 2. Физико-механические свойства бетона. Прочностные характеристики бетона
- •2.1. Общие сведения о сопротивлении бетона
- •2.2. Прочностные характеристики бетона
- •2.3. Сопротивление бетона растяжению
- •Вопросы для самоконтроля
- •Лекция 3. Деформативные свойства бетона
- •3.1. Диаграмма деформирования бетона
- •3.2. Деформативность бетона
- •3.3. Объемные деформации бетона
- •3.4. Температурные деформации бетона
- •3.5. Силовые деформации бетона
- •3.6. Деформации бетона при однократном кратковременном загружении
- •3.7. Деформации бетона при длительном действии нагрузки. Ползучесть бетона
- •Вопросы для самоконтроля
- •Лекция 4. Арматура для железобетонных конструкций
- •4.1. Требования, предъявляемые к арматуре
- •4.2. Механические свойства арматурных сталей
- •4.3. Классы арматуры, соответствующие им нормативные и расчетные сопротивления
- •4.4. Деформативные характеристики арматуры
- •4.5. Арматурные изделия
- •Вопросы для самоконтроля
- •Лекция 5. Физико-механические свойства железобетона
- •5.1. Совместная работа арматуры с бетоном
- •5.2. Усадка и ползучесть железобетона
- •Вопросы для самоконтроля
- •Лекция 6. Стадии напряженно-деформированного состояния сечений, нормальных к продольной оси железобетонного элемента
- •Вопросы для самоконтроля
- •Лекция 7. Основы РасчетА железобетонных конструкций
- •Метод предельных состояний
- •7.2. Воздействия на железобетонные конструкции в методе предельных состояний
- •7.3. Нормативные и расчетные характеристики материалов в методе предельных состояний
- •Вопросы для самоконтроля
- •Вопросы к Тестовому контролю
- •Раздел 2. Расчеты железобетонных конструкций по предельным состояниям Лекция 8. Прочность сечений, нормальных к продольной оси железобетонных конструкций в методе предельных усилий
- •8.1. Общие положения
- •Классификация методов расчета железобетонных элементов по прочности сечений, нормальных к продольной оси элемента при действии изгибающего момента и продольных сил.
- •8.2. Критерий, определяющий расчетный случай разрушения
- •8.3. Расчетные уравнения
- •Вопросы для самоконтроля
- •9.2. Упрощенный деформационный метод
- •Вопросы для самоконтроля
- •Лекция 10. Прочность сечений при действии изгибающих моментов и продольных сил с учетом влияния гибкости элементов стержневых систем
- •10.1. Основные положения расчета
- •10.2. Приближенные методы учета продольного изгиба при расчете сжатых элементов стержневых систем
- •10.3. Классификация конструкций по характеру проявления продольного изгиба
- •10.4. Расчетные длины сжатых элементов
- •10.5. Метод расчета, основанный на проверке «устойчивой прочности» гибкого элемента
- •10.6. Упрощенный нелинейный расчет (метод определения кривизны)
- •Вопросы для самоконтроля
- •Лекция 11. Прочность растянутых элементов
- •11.1. Центрально растянутые элементы.
- •11.2. Внецентренно растянутые элементы
- •12.2. Прочность наклонных сечений железобетонных элементов без поперечного армирования
- •12.3. Расчет элементов на действие поперечной силы на основе расчетной модели наклонных сечений
- •Вопросы для самоконтроля
- •Лекция 13. Прочность сечений, наклонных к продольной оси при действии изгибающего момента. Метод ферменной аналогии (стержневая модель)
- •13.1. Расчет прочности сечений, наклонных к продольной оси при действии изгибающего момента
- •13.2. Метод ферменной аналогии (стержневая модель)
- •Вопросы для самоконтроля
- •Лекция 14. Прочность железобетонных эллементов при местном действии нагрузок
- •14.1. Расчет бетонных элементов по прочности на смятие
- •14.2. Расчет прочности на смятие элементов с косвенным армированием
- •14.3. Расчет на отрыв
- •14.4. Расчет на продавливание
- •Вопросы для самоконтроля
- •Лекция 15. Усталостная прочность конструкций
- •Вопросы для самоконтроля
- •Лекция 16. Расчет трещиностойкости железобетонных конструкций
- •16.1. Сопротивление железобетонного элемента раскрытию нормальных трещин
- •16.2. Расчет ширины раскрытия наклонных трещин
- •Вопросы для самоконтроля
- •Лекция 17. Расчет железобетонных конструкций по деформациям
- •17.1. Предельно допустимые прогибы
- •17.2. Расчетные модели для определения прогибов
- •17.3. Прогибы железобетонных элементов, работающих без трещин
- •17.4. Прогибы железобетонных элементов, работающих с трещинами
- •Вопросы для самоконтроля
- •Лекция 18. Требования по конструированию железобетонных конструкций
- •18.1. Защитный слой бетона
- •18. 2. Предельное содержание арматуры в сечении
- •18.3. Минимальные размеры поперечного сечения
- •Минимально допустимая толщина железобетонных плит
- •18.4. Расстояния между стержнями продольной арматуры
- •18.5. Расстояние между стержнями поперечной арматуры
- •18.6. Рекомендуемые диаметры арматурных стержней
- •Предельно допустимые диаметры арматуры
- •Вопросы для самоконтроля
- •Раздел 3. Предварительно напряженные конструкции Лекция 19. Общие сведения о предварительно напряженных конструкциях
- •19.1. Общие сведения
- •19.2. Классификация предварительно напряженных конструкций
- •19.3. Технология создания предварительного напряжения в конструкциях
- •19.4. Сущность предварительно напряженных конструкций
- •Вопросы для самоконтроля
- •Лекция 20. Потери предварительного напряжения
- •20.1. Назначение величины предварительного напряжения
- •20.2. Виды потерь предварительного напряжения
- •20.3. Определение потерь предварительного напряжения
- •20.4. Усилие предварительного обжатия
- •20.5. Нормальные напряжения при обжатии
- •Вопросы для самоконтроля
- •Лекция 21. Особенности расчета предварительно напряженных конструкций
- •21.1. Общие положения
- •21.2. Особенности расчета предварительно напряженных конструкций по предельным состояниям первой группы
- •21.3. Особенности расчетов предварительно напряженных конструкций по предельным состояниям второй группы
- •21.4. Расчет предварительно напряженной конструкции при передаче усилия предварительного обжатия
- •Вопросы для самоконтроля
- •Лекция 22. Требования по конструированию предварительно напряженных железобетонных конструкций
- •22.1. Общие положения
- •22.2. Размещение арматуры в сечении
- •22.3. Защитный слой бетона
- •22.4. Требования к анкеровке напрягаемой арматуры
- •Вопросы для самоконтроля
- •Руководство к практическим занятиям Общие требования
- •Цели и содержание занятий
- •Тема 1. Расчет прочности нормальных сечений железобетонных элементов прямоугольного профиля при действии изгибающих моментов
- •Решение:
- •Пример 2
- •Решение:
- •Решение:
- •Пример 4
- •Решение:
- •Задачи для самостоятельного решения.
- •Пример 5
- •Пример 7
- •Пример 8
- •Задачи для самостоятельного решения
- •Тема 3 Расчет прочности нормальных сечений и площади продольной арматуры железобетонных элементов таврового профиля при действии изгибающих моментов
- •Пример 9
- •Решение:
- •Пример 10
- •Решение:
- •Задачи для самостоятельного решения.
- •Контрольная работа №1
- •Решение:
- •Пример 12
- •Решение:
- •Задачи для самостоятельного решения
- •Тема 5. Расчет прочности и площади поперечной арматуры наклонных сечений изгибаемых железобетонных элементов
- •Решение:
- •Пример 14
- •Решение:
- •Задачи для самостоятельного решения.
- •Тема 6. Расчет прочности и площади поперечного сечения продольной арматуры железобетонных элементов по общему деформационному методу с применением программного комплекса «Бета»
- •Пример 15
- •Задачи для самостоятельного решения
- •Контрольная работа №2
- •Вопросы к экзамену
- •Приложения
- •Термины и определения Арматура для железобетонных изделий и конструкций
- •Бетоны для бетонных и железобетонных конструкций
- •Конструкции и изделия бетонные и железобетонные
- •Проектирование бетонных и железобетонных конструкций
- •Изготовление бетонных и железобетонных конструкций
- •Эксплуатация бетонных и железобетонных конструкций
18.6. Рекомендуемые диаметры арматурных стержней
Диаметры продольных стержней, устанавливаемые по расчету в сечении, не должны превышать величин, указанных в таблице 18.2. Для внецентренно сжатых элементов из монолитного бетона диаметр продольных рабочих стержней следует принимать не менее 12 мм.
Таблица 18.2
Предельно допустимые диаметры арматуры
Условия применения |
Максимально допустимые диаметры продольной арматуры, мм |
|
для внецентренно сжатых элементов |
для изгибаемых элементов |
|
В элементах с арматурой класса S500 и ниже из бетона: тяжелого и мелкозернистого С 12/15 то же, C16/20 и выше |
40 40 (40) |
40 25 (32) |
Примечание — В скобках даны значения диаметров для арматуры в вязаных каркасах. |
Диаметры стержней поперечной арматуры следует принимать:
а) во внецентренно сжатых линейных элементах:
- в вязаных каркасах — не менее 0,25 рабочей арматуры и не более 12 мм;
- в сварных каркасах — не менее диаметра, устанавливаемого из условия сварки с наибольшим, поставленным по расчету, диаметром продольной арматуры и не более 14 мм;
б) в изгибаемых элементах в вязаных каркасах:
- при высоте сечения до 800 мм включ. — 6 мм;
- при высоте сечения более 800 мм — 8 мм;
- в сварных каркасах — следует руководствоваться требованиями нормативных документов и рабочих чертежей, учитывающих свариваемость металла, наличие технологического оборудования, возможность контроля качества соединения, вид и способ приложения нагрузки.
Вопросы для самоконтроля
Каково назначение защитного слоя бетона железобетонных конструкций?
Как определяется минимально допустимая толщина защитного слоя бетона конструкций различного назначения?
С какой целью, и в каких случаях назначается ограничение предельного содержания арматуры в сечении железобетонных элементов?
По каким критериям назначаются минимальные размеры поперечного сечения железобетонных плит и внецентренно сжатых элементов?
Каковы конструктивные требования к минимально - и максимально допустимым расстояниям между стрежнями продольной арматуры конструкций?
Какие общие конструктивные требования установки поперечной арматуры в конструкциях?
Как назначается шаг расположения поперечной арматуры в балках и плитах?
Как назначается шаг расположения поперечной арматуры во внецентренно сжатых линейных элементов?
Какие предельно допустимые диаметры продольных и поперечных стрежней арматуры рекомендуются для использования в конструкциях?
Раздел 3. Предварительно напряженные конструкции Лекция 19. Общие сведения о предварительно напряженных конструкциях
19.1. Общие сведения
Поиск эффективных способов увеличения сопротивления конструкций из бетона действию растягивающих усилий привел к созданию предварительного напряжения. Подвергнуть предварительному напряжению какую-либо конструкцию, это значит вызвать в ней искусственным путем до приложения внешних нагрузок или одновременно с ними некоторые постоянные напряжения. При этом созданные искусственным путем начальные напряжения в сочетании с напряжениями, вызванными внешними нагрузками, должны во всех точках конструкции оставаться в пределах тех напряжений, которые материал может выдерживать неограниченно долго.
Рассмотрим два простых классических испытания. Восемь одинаковых бетонных блоков (рис. 19.1а) укладывают в ряд на горизонтальной поверхности. Блоки плотно прилегают друг к другу. Рассматриваемый составной элемент не обладает прочностью при изгибе.
Рис. 19.1.К испытанию № 1
Для устранения влияния собственного веса балку можно уложить плашмя на горизонтальную площадку и вертикально установить опоры (см. рис. 19.1б). И при таких условиях опыта балка не будет оказывать сопротивление действию изгибающих моментов.
Поставим условие, по которому балка в ненагруженном и нагруженном состоянии должна обладать достаточной прочностью (т.е. напряжения в ней по условиям опыта не превышают предельных значений, составляющих 12МПа при сжатии и нулевых – при растяжении).
Пусть на рассматриваемую балку действует равномерно распределенная нагрузка интенсивностью q = 1 кН/м. Тогда изгибающий момент в середине пролета (сечение СС’ на рис. 18.1в) составит кН×м, а напряжения будут равны МПа. Однако это невозможно, так как появление растягивающих напряжений на нижней грани (+6 МПа) приведет к раскрытию швов и балка разрушится. Таким образом, рассматриваемая балка в нагруженном состоянии не обладает достаточной прочностью, а в ненагруженном состоянии имеет избыточную прочность (поскольку в этом состоянии она не подвергается никаким напряжениям, хотя может воспринимать предельные сжимающие напряжения МПа).
Посредством какого-либо способа, балка перед испытанием на изгиб подвергается центральному (осевому), а следовательно, равномерному обжатию sр = 6,0МПа, что соответствует усилию F=200кН (см. рис. 19.1в). Центрально приложенное сжимающее усилие в F=200кН, вызывающее предварительное напряжение sр=6,0МПа, обеспечивает сопротивление изгибающему моменту, вызывающему в сечении СС' напряжения sМ = ±6,0 МПа.
Можно найти и более удачное решение, если приложить то же обжимающее усилие Р=200кН не центрально, а с эксцентриситетом по отношению к центрально оси сечения балки, как это показано на рис. 19.2а. При таких условиях равномерно распределенная нагрузка на балку будет в два раза больше, то есть 2,0 кН/м. Дополнительные усилия, приложенные таким образом, чтобы противостоять усилиям от внешней нагрузки, позволили получить из отдельных блоков вполне работоспособную конструкцию. При этом в зависимости от положения обжимающего усилия можно эффективно влиять на величину нагрузки, воспринимаемой конструкцией.
Рис. 19.2. К испытанию № 2
Предварительное напряжение дает возможность полезно использовать избыток прочности балки в ненагруженном состоянии, чтобы компенсировать недостаточную прочность балки при действии нагрузки.