книги / Строительные конструкции

перечных стержней. Их делают плоскими и пространст­ венными (рис. 11.11). При проектировании каркасов учитывают особенности технологии сварки:

СООТНОШЕНИЯ ДИАМЕТРОВ СВАРИВАЕМЫХ СТЕРЖНЕЙ ПРИ КОНТАКТНОЙ ТОЧЕЧНОЙ СВАРКЕ

31

Не рекомендуется из­ готавливать сварное кар­ касы из арматурных ста­ лей, обладающих плохой свариваемостью (класса A-IV). Расстояние меж­ ду осями стержней и при­ нимают кратным 50 мм.

Соединения стержней арматуры по длине (сты­ ки) выполняют обычно с помощью контактной сварки концов встык или электрошлаковой сваркой на медных формах. В мон­ тажных условиях стыки устраивают посредством ванной и электродуговой сварки с желобчатыми подкладками или элект­ родуговой с двусторонни­ ми накладками; в отдель­ ных случаях стержни сва­ ривают внахлестку. На рис. 11.12 изображены кон­ струкции основных типов стыковых сварных соеди­ нений.

32

уменьшением водоцементного отношения бетона, с луч­

больше, чем при его извлечении, вследствие сопротивле­ ния бетона поперечному расширению сжимаемого стержня. Сцепление с бетоном арматуры периодическо­ го профиля с поперечными выступами в 2—3 раза боль­ ше, чем с гладкой.

В железобетонных элементах, нагруженных внешни­ ми усилиями, до образования трещин в бетоне армату­ ра и бетон деформируются совместно и распределение усилий между ними зависит от площадей поперечного сечения и модулей упругости материалов. После обра­ зования трещин в бетоне растянутой зоны картина на­ пряженного состояния становится более сложной (см. § V.2 и VI.6).

При усадке бетона арматура в железобетоне сдер­ живает свободные деформации бетона, в арматуре воз­ никает сжатие, а в бетоне растяжение. Последнее при определенных условиях может даже вызвать образова­ ние в нем трещин. Общие деформации железобетона заметно меньше, чем неармированного бетона, они за­ висят от количества арматуры в нем.

Аналогично арматура противодействует ползучести бетона. При длительном действии нагрузки в железобе­ тонном элементе происходит перераспределение уси­ лий между бетоном и арматурой. Именно в элемен­ те, длительно сжатом постоянным усилием, постепенно происходит снижение напряжения в бетоне и увеличе­ ние напряжения в арматуре. В результате стесненного деформирования бетона ползучесть железобетонных элементов в 1,5—2 раза меньше, чем неармированных.

Изменение начальной длины железобетонных конст­ рукций из-за усадки бетона и колебаний температуры может быть причиной внутреннего напряженного со­

34

стояния в системах железобетонных конструкций и вы­ звать повреждения отдельных элементов. Это преду­ преждается тем, что в сооружениях значительной про­ тяженности предусматривают специальные разрезы и зазоры — температурно-усадочные швы.

При систематическом воздействии повышенных тем­ ператур (50—200° С) прочность и жесткость железобе­ тонных конструкций понижаются. В связи с этим расчет­ ные характеристики составляющих железобетон мате­ риалов принимают более низкими. Если конструкция предназначена для работы в условиях высоких темпера­

условиях эксплуатации, но в агрессивной среде долго­ вечность его может сильно сократиться в основном изза коррозии бетона. По борьбе с ней даются рекоменда­ ции в СНиП (см. прил. I, п. 9).

ГЛАВА ///. ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТА И КОНСТРУИРОВАНИЯ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

§ Ш.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ПО РАСЧЕТУ

Железобетонные конструкции рассчитывают при рас­ четных значениях нагрузок согласно СНиП П-6-74 и со­ ответствующем их сочетании, при расчетных значениях

зависимости от условий их эксплуатации и вида арма­ туры предъявляют требования трех категорий. Требова­

с высокопрочной арматурой). В конструкциях образова­ ние трещин не допускается по условиям эксплуатации. Образование трещин в них рассчитывают при нагруз­ ках с коэффициентом перегрузки п > 1, принимаемым при расчете прочности.

Согласно требованиям второй категории, допускает­ ся ограниченное по ширине кратковременное раскрытие

35

трещин при условии обеспечения их последующего на­ дежного закрытия (конструкции, эксплуатируемые на открытом воздухе, а также армированные высокопроч­ ной проволокой); расчет на образование трещин вы­

ное по ширине кратковременное и длительное раскрытие трещин (конструкции со стержневой арматурой). Рас­ чет по образованию и раскрытию трещин производится при нагрузках с коэффициентом п = 1.

Нормируемыми показателями прочности бетона явля­ ются нормативные сопротивления (осевые) сжатию ку­ бов Ry\ сжатию призм R"p, растяжению бетона R£, а так­

же расчетные сопротивления соответственно для пре­ дельных состояний первой группы /?, Rnр, /?р и предель­ ных СОСТОЯНИЙ ВТОрОЙ ГРУППЫ Rnp II» /?Рц.

Далее необходимые данные будут приводиться лишь для тяжелого бетона, обычно применяемого в санитар­ но-техническом строительстве.

Нормативная кубиковая прочность бетона связана с

где v — коэффициент вариации прочности, принимаемый для тяже­ лого бетона ц = 0,135, а 1,64 — множитель, обусловливающий сте­ пень обеспеченности нормативных сопротивлений не ниже 0,95.

Нормативная призменная прочность бетона, соглас­ но экспериментальным данным, определяется по фор­ муле

R"p = R" (0,77 — 0,0001^), но >0,72R".

Нормативные сопротивления бетона приведены в прил. III.

Расчетные сопротивления Rnр, /?р (см. прил. IV) оп­ ределяются делением нормативных значений /?"р, R" на коэффициенты безопасности. Для тяжелого бетона при расчете по предельным состояниям первой группы эти

36

Влияние на расчетные сопротивления бетона для пре­ дельных состояний первой группы особенностей изго­ товления, эксплуатации, характера приложения нагруз­ ки и т. д. учитывается умножением значений RnР, /?Р.на коэффициент условия работы бетона тб. В СНиП ука­ заны 11 позиций для коэффициента тьПриведем неко­ торые, имеющие наибольшее значение:

для тяжелого бетона естественного твердения н под­ вергнутого тепловой обработке, если конструкция экс­ плуатируется в условиях, благоприятных для нараста­ ния прочности (под водой, во влажном грунте или при влажности окружающего воздуха > 7 5 % ), т ^ = \\

в остальных случаях m6i = 0,85;

при автоклавной обработке конструкций тбю =0,85. Расчетные сопротивления бетона для предельных со­ стояний второй группы Rnpiu Лрп вводят в расчет с коэф­

фициентом условий работы бетона /Пб=1.

За нормативные сопротивления арматуры растяже­

кучести (физического или условного, соответствующего остаточному относительному удлинению 0,2%), для про­ волочной арматуры — временного сопротивления.

маемый равным при расчете по предельным состояниям первой группы 1,1— 1,25 для стержневой арматуры и 1,55— 1,75 для проволочной.

При расчете по предельным состояниям второй груп­ пы для всех классов стержневой и проволочной армату­ ры &а= 1.

Расчетные сопротивления арматуры сжатию /?а.с равны соответствующим расчетным сопротивлениям рас­ тяжению i?a, но не более 400 МПа (4000 кгс/см2).

Условия работы арматуры (вид анкеровки, тип арма­ туры , многократность воздействия нагрузок и т. д.) учи­ тывают дополнительным коэффициентом условия рабо­

37

и V) следует умножать на коэффициент условий работы арматуры т а. В СНиП П-21-75 для него предусмотрено 6 позиций. Приведем важнейшие из них:

в зоне передачи на бетон усилий продольной армату­ ры без анкеров /п.н и в зоне анкеровки ненапрягаемой ар­

для высокопрочной продольной арматуры при исполь­ зовании напряжений выше условного предела текучести вводят т а4 (подробнее см. в гл. VI).

§ II1.2. ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ СВЕДЕНИЯ

ПО РАСЧЕТУ ПРЕДВАРИТЕЛЬНО-НАПРЯЖЕННЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

Предварительно-напряженные конструкции по любой группе предельных состояний рассчитывают на расчет­ ные нагрузки в сочетании с предварительным напряже­ нием.

Интенсивность предварительного напряжения, созда­ ваемого в процессе изготовления железобетонных кон­ струкций, оказывает существенное влияние на их напря­ женно-деформированное состояние во время эксплуата­ ции, т. е. в период пребывания под нагрузкой. Чем выше степень предварительного обжатия бетона, испытываю­ щего растяжение при загружении конструкции, тем вы­ ше его трещиностойкость. Следует учитывать, что вслед­ ствие усадки и ползучести бетона, а также ряда других причин предварительное напряжение с течением времени уменьшается, а при малой его интенсивности может утра­ титься полностью.

Практикой установлено, что предварительное обжа­ тие бетона должно составлять примерно 40—50% проч­ ности бетона в момент обжатия (передаточной прочно­ сти Ro). При такой степени предварительного обжатия бетона происходит практически допустимая потеря пред­ варительного напряжения в железобетонных элементах вследствие ползучести бетона.

Железобетонные элементы в стадии загружения до образования трещин деформируются подобно сплошным упругим конструкциям. В этом состоянии значения на­

38

пряжений в бетоне и арматуре обусловливаются совмест­ ностью их деформаций.

При осевом растяжении железобетонного элемента (до образования трещин), учитывая равенство дефор­ маций бетона и арматуры еб = еа, находят соотношение

где Еб и Еа — модули упругости бетона и арматуры.

Сумма усилий в бетоне и арматуре элемента равна

где Fq и Fа — площади сечения бетона и арматуры железобетонно­ го элемента.

Из совместного решения обоих уравнений получаем выражения для определения напряжений в бетоне и ар­

где Fn — приведенная площадь, т. е. площадь поперечного сечения железобетонного элемента, в котором площадь сечения арматуры за­ менена эквивалентной ей площадью бетона.

Аналогично находят приведенные моменты инерции и моменты сопротивления для железобетонных изгибаемых элементов при отсутствии трещин в бетоне растянутой зоны.

Предварительное напряжение железобетонных конст­ рукций осуществляется с помощью натяжения рабочей арматуры механическим или электротермическим спо­ собом.

При предварительном напряжении элементов спосо­ бом натяжения на упоры равнодействующая растягиваю­ щих напряжений во всей напрягаемой арматуре уравно­ вешивается с реактивным усилием, воспринимаемым упорами. Будучи освобожденной с упоров, эта равнодей­ ствующая, обратно направленная, образует усилие обжа­ тия N0y рассматриваемое как внешнее воздействие. Его определяют по площади сечения напрягаемой арматуры Fн и степени предварительного напряжения в натянутой арматуре о0 до начала обжатия бетона:

39

Напряжение в бетоне элемента, обжимаемого силой No при центральном (осевом) воздействии на элемент, равно:

при внецентренном воздействии силы с эксцентриците­ том ео относительно центра тяжести приведенного сече­ ния

где /п — момент инерции приведенного сечения; у — расстояние от центра тяжести приведенного сечения до уровня сечения, в котором определяется напряжение.

Степень предварительного натяжения арматуры при­ нимается равной:

где Rail — расчетное сопротивление растяжению, принимаемое при расчетах по предельным состояниям второй группы; р — допустимые отклонения предварительного напряжения от заданного значения. При механическом способе натяжения арматуры р=0,05ао, при электротермическом

где / — длина натягиваемого стержня, м.

В предварительно-напряженных элементах в армату­ ре происходят потери предварительного напряжения вследствие многих причин.

Различают потери: первые — образующиеся при изго­ товлении элемента и его обжатий, и вторые, происходя­ щие после обжатия бетона.

При натяжении арматуры на упоры первые потери

ры а ь температурного перепада о2, деформаций анкеров на натяжных устройствах а£у), трения арматуры о по­

верхности а<у>, деформации стальных форм 05, быстронатекающей ползучести бетона о6:

40