книги / Строительные конструкции

В железобетонных балках одновременно с изгибаю­ щими моментами действуют поперечные силы. Это вы­ зывает необходимость укладки поперечной арматуры. Количество ее определяется расчетом и конструктивны­ ми требованиями.

Продольную и поперечную арматуру объединяют в сварные каркасы (см. § Н.З), а при отсутствии свароч­ ных машин — в вязаные. Последние применяют лишь в отдельных случаях, когда по местным условиям невоз­ можно устройство сварных каркасов: вязаные хуже по качеству и требуют больших затрат ручного труда.

Плоские сварные каркасы объединяют в пространст­ венные посредством горизонтальных поперечных стерж­ ней, устанавливаемых через 1— 1,5 м.

Армирование однопролетных балок сварными карка­ сами показано на рис. VI.5, а. При армировании вязаны-

dntcta моментоб (отрабномерно распределенной, нагрузки.)

5

Рис. VI.5. Схемы армирования балок

71

ми каркасами (рис. VI.5, б) хомуты в балках прямо­ угольного сечения делают замкнутыми, а в тавровых бал­ ках, в которых ребро сечения с обеих сторон связано с Монолитной плитой, хомуты могут быть открытые свер­ ху. В балках шириной более 35 см устанавливают многоветвевые хомуты. Диаметр хомутов вязаных каркасов принимают не менее 6 мм при высоте балок до 800 мм и не менее 8 мм при большей высоте.

По расчетно-конструктивным условиям расстояние в продольном направлении между поперечными стержня­

высотой выше 450 мм — не более Л/З, но не более 500 мм. Это требование относится к приопорным участкам балок длиной ’Д пролета элемента при равномерно распреде­ ленной нагрузке и на протяжении от опоры до ближай­ шего груза при сосредоточенных нагрузках. В остальной части элементов с ft> 3 0 0 мм расстояние между по­ перечными стержнями (хомутами) может быть больше, но не более чем 3Д Л и не более 500 мм.

Поперечные стержни (хомуты) в балках высотой бо­ лее 150 мм ставят и тогда, когда они по расчету не тре­ буются.

В балках высотой более 700 мм у боковых граней до­ полнительно размещают продольные стержни на рас­ стояниях (по высоте) не более чем через 400 мм. Эти стержни вместе с поперечной арматурой сдерживают раскрытие наклонных трещин на ббковых гранях балок.

Для объединения всех арматурных элементов в еди­ ный каркас, устойчивый при бетонировании, поверху балок размещают монтажные продольные стержни диа­ метром 10— 12 мм. В сборных балках эти монтажные стержни могут использоваться как расчетные в услови­ ях транспортировки и монтажа.

Вместо поперечных стержней или в дополнение к ним в балках могут быть установлены наклонные стержни. Они работают эффективнее поперечных стержней, по­ скольку более соответствуют направлению главных рас­ тягивающих напряжений балки. Однако поперечные стержни при изготовлении балок удобнее и потому предпочтительнее. Наклонные стержни обычно ставят под углом 45° к продольным. В высоких балках (более 800 мм) угол наклона может быть увеличен до 60°, в

72

низких балках, а также при сосредоточенных грузах уменьшен до 30°

При армировании балок вязаными каркасами (из арматуры классов A-I, А-Н) для экономии стали и улучше­ ния конструкции каркаса целесообразно устраивать от­

дельных однопролетных элементов, армированных свар­ ными каркасами (рис. VI.5, в). Местоположение рабочей арматуры в каркасах и их протяженность устанавливают по эпюре изгибающих моментов, как для неразрезных систем. В стыках над промежуточными опорами выпус­ ки верхних рабочих стержней сваривают между собой на монтаже ванной сваркой с помощью монтажных подкла­

этих местах в многопролетных системах.

В предварительно-напряженных изгибаемых элемен­ тах арматура располагается в соответствии с эпюрами изгибающих моментов и поперечных сил, возникающих от нагрузки. Армирование криволинейной напрягаемой арматурой (рис. VI.6, а) более всего отвечает очертани­

73

ям траекторий главных растягивающих напряжений и потому наиболее рационально, но оно сложнее, чем ар­ мирование прямолинейной арматурой (рис. V I.6,б). В последнем случае кроме арматуры FB, воспринимаю­ щей усилия растянутой зоны под нагрузкой, ставят так­ же арматуру F'B у противоположной грани балки в коли­

честве (0,15—0,25) FB. Это целесообразно в элементах большой высоты, где усилие обжатия располагается вне ядра сечения и вызывает на противоположной стороне растяжение, которое может привести к образованию тре­ щин в этой зоне в процессе изготовления элементов. В плитах арматуры FB обычно не требуется.

Наиболее рационально по форме поперечное сечение предварительно-напряженных изгибаемых элементов

вивается по условию восприятия сжимающей равнодей­ ствующей внутренней пары сил изгибающего момента, возникающего в элементе под нагрузкой, а уширение растянутой зоны — по условию размещения в нем растя­ нутой арматуры, а также по условию обеспечения проч­ ности этой части сечения при предварительном обжатии элемента, которое осуществляют посредством предвари­ тельного напряжения рабочей арматуры.

Предварительно напрягаемая арматура компонуется в растянутых зонах поперечных сечений по рис. VI.7. При этом защитный слой бетона и расстояние между стержнями и канатами, натягиваемыми на упоры, при­ нимаются согласно тому, как указано на рис. VI.4. Если адматура натягивается на бетон, то расстояние от по­ верхности элемента до поверхности канала назначается не менее 40 мм и не менее ширины или половины высоты канала.

В предварительно-напряженных балках особое зна­ чение имеет прочность приопорных участков. Если на­ прягаемая арматура конструируется без отводов кверху у опор, то необходимо или напрягать поперечную армаТУРУ. или увеличивать ширину сечения приопорной части балки и при этом ставить дополнительную ненапрягаемую поперечную арматуру в количестве, достаточном для восприятия усилия, составляющего не менее 20% усилия в продольной напрягаемой арматуре нижней зо­ ны опорного сечения, определяемого расчетом на проч­ ность (т. е. R aFx^0,2 RBFB) . Поперечные стержни долж-

74

ны быть надежно заанкерены по концам приваркой к за­ кладным деталям.

По концам предварительно-напряженных элементов, в случае если арматура не имеет анкеров, или в местах расположения анкерных устройств, т. е. там, где на бе­ тон передаются значительные сосредоточенные усилия, которые могут вызвать местное перенапряжение и раз­ рушение бетона, бетон усиливают установкой дополни­ тельных сеток или хомутов с шагом 5— 10 см (рис. VI.8), Длина участка усиления I принимается равной двум длинам анкерных приспособлений или, при отсутствии анкеров, не менее 0,6/п.н и не менее 20 см.

§ VI.2. НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ ИЗГИБАЕМЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

В однопролетной железобетонной балке, свободно лежащей на двух опорах, симметрично загруженной

78

Рис. VI.9. Схема желе­ зобетонного изгибае­ мого элемента

/ —участок действия М и Q; II —участок действия М

Рис. VK.10. Стадии на­ пряженного состояния в нормальных сечениях балки в зоне чистого из­

гиба а —элемент без предвари-

тельного напряжения; б— стадия предварительного на­ пряжения; в—стадия I пред­ варительно-напряженного элемента

ми находится в условиях чистого изгиба: в его пределах действует только изгибающ ий момент М, поперечная же

разую тся норм альны е трещины, т. е. направленные пер­ пендикулярно продольной оси балки. На участках меж­ д у опорой и грузом действую т одновременно изгибаю­ щ ий момент М и поперечная сила Q. Здесь образуются наклонны е трещ ины .

В зависим ости от количества арматуры, расположен­ ной в растянутой зоне элемента, его разрушение может произойти по одному из двух случаев:

случай 1 — при достижении в растянутой арматуре предела текучести (фактического или условного), а в

76

сжатом бетоне предела прочности на сжатие (нехрупкое разрушение элемента);

случай 2 — при достижении предела прочности в сжатом бетоне и напряжении в арматуре ниже предела текучести (хрупкое разрушение элемента, «переармированное» сечение).

Нормами СССР в соответствии с принципом А. Ф. Лолейта1, как правило, не рекомендуется применение переармированных элементов, поскольку их разрушение про­ исходит внезапно, сопротивление растянутой арматуры недоиспользуется.

Многочисленные эксперименты показали, что на уча­ стках чистого изгиба железобетонных балок (без пред­ варительного напряжения), армированных согласно принципу Лолейта, при постепенном возрастании на­ грузки последовательно чередуются три стадии напря­ женного состояния по нормальным сечениям (рис. VI. 10, а).

Стадия I относится к начальным ступеням загружения до образования трещин в бетоне растянутой зоны. На этой стадии арматура и бетон удлиняются совместно благодаря имеющемуся между ними сцеплению. К кон­ цу стадии I эпюра напряжений в бетоне растянутой зоны Об.р вследствие нелинейной зависимости между напря­ жениями и относительными удлинениями становится криволинейной. Ее наибольшая ордината достигает зна­

щинообразованию элементов без предварительного на­ пряжения невысоко, поэтому конец стадии I для них со­ ответствует низким значениям нагрузок.

Стадия II характеризует состояние элемента после образования трещин в бетоне растянутой зоны. С обра­ зованием трещин в сечениях, где они возникли, усилия растянутой зоны воспринимаются арматурой. В преде­ лах между трещинами бетон вследствие его сцепления с арматурой вовлекается в работу на растяжение, отчего здесь напряжения в арматуре несколько снижаются (см.

1Артур Фердинандович Лолейт (1868—1933 гг.)—русский уче­ ный, один из основоположников современной теории железобетона.

77

рис. V.3). Вследствие этого нейтральная ось поперечных сечений занимает по длине балки непостоянное положе­ ние (см. рис. II.4). В стадии II напряжения в бетоне сжатой зоны Об достигают высокого значения и их эпюра вследствие неупругих свойств бетона искривляется. Н а­ пряжение сжатой зоны еще не достигает предельного

сопротивления бетона на сжатие ЯПр (см. рис. V I.10,а). В пределах между трещинами бетонный блок нахо­ дится под местным воздействием сжимающих усилий, развивающихся в сечениях над трещинами. Вследствие этого на протяжении длины блока напряжения в бетоне не остаются постоянными, в средней части его они не­

сколько снижаются.

Конец стадии II характеризуется началом заметных неупругих деформаций арматуры, что соответствует пре­ делу текучести.

Стадия III соответствует работе элемента на конеч­ ных ступенях его загружения. С увеличением нагрузки напряжение в арматуре <та достигает физического преде­

грузки напряжения в арматуре с площадкой текучести не возрастают, поскольку на уровне площадки текуче­ сти происходят значительные ее относительные удлине­ ния при постоянном напряжении, а в арматуре, не имею­ щей площадки текучести, возрастают медленно. В сжа­ той зоне ординаты эпюры несколько возрастают, высота сжатой зоны уменьшается, из-за чего плечо внутренней пары сил увеличивается. Разрушение элемента происхо­ дит вследствие раздробления бетона сжатой зоны, когда его напряжение Об достигает предельного сопротивления

на сжатие Rnp (случай 1 разрушения). Элементам же переармированным (с избыточным содержанием арма­ туры) свойственно разрушение из-за раздробления бето­ на сжатой зоны при напряжениях в растянутой армату­ ре ниже предела текучести (случай 2 разрушения).

В предварительно-напряженных элементах до прило­ жения нагрузки под воздействием обжимающего усилия N0t внецентренно приложенного к элементу, бетон растя­ нутой от нагрузки зоны подвергается значительному об­ жатию. При этом в сжатой от нагрузок зоне обычно образуется незначительная по размерам область растя­ гивающих напряжений (рис. VI. 10,б).

Эпюра напряжений в бетоне в стадии предваритель-

78

ного напряжения несколько искривлена, поскольку ин­

ше напряженного состояния (рис. V I.10,в).

Вследствие сравнительно высоких значений сжимаю­ щих предварительных напряжений в бетоне, которые уДается осуществить практически, трещиностойкость элемента существенно возрастает. Поэтому в предвари­ тельно-напряженных элементах стадия I пребывания его

аналогична таковой для элементов без предварительно­ го напряжения (рнс. V I.10,а), но растянутая зона в них менее развита.

В сравнении с эпюрой предварительного напряжения

стадии I (граница образования трещин) деформируются почти как упругие.

Встадиях II и III напряженные состояния элементов

спредварительным напряжением и без него сходны. Сле­ дует обратить внимание на то, что, как показали экспе­ рименты, предварительное напряжение во многих случа­ ях не оказывает большого влияния на прочность элемен­

та по нормальным сечениям в зоне чистого изгиба. Рассмотренные напряженные состояния используют

при расчетах железобетонных элементов. До образова­ ния трещин они считаются упруго деформирующимися. По конечному состоянию стадии I рассчитывают обра­ зование трещин в предварительно-напряженных элемен­ тах. Прогибы и ширину раскрытия трещин рассчитывают по стадиям I и II при промежуточных загружениях в зависимости от категории требований по трещиностойкости. По конечному состоянию стадии III устанавливают несущую способность элементов, их прочность по нор­

мальным сечениям.

На участках балки, где одновременно действуют из­ гибающий момент и поперечная сила (рис. VI.9), разру-

79

шение происходит п о 'н а ­ клонным сечениям. Оно может произойти по одной из двух схем.

Схема I. Вследствие преодоления сопротивле­ ния арматуры под воздей­ ствием возрастающей на­ грузки происходит взаим­ ное вращение обеих час­ тей балки вокруг оси, рас­ положенной в сжатой зо­ не на продолжении косой трещины. Из-за раскры­ тия и удлинения наклон­ ной трещины сжатая зо­

на сокращается и, наконец, разрушается (рис. V I.11, а). Этот вид разрушения аналогичен разрушению по нор­ мальным сечениям.

Схема II. Под влиянием совместного действия сжи­ мающих напряжений и срезывающей силы разрушается сжатая зона (рис. VI.11,6). Этот вид разрушения возмо­ жен при наличии мощной, хорошо заанкеренной про­ дольной арматуры, которая искривляется, но не достига­ ет состояния текучести.

Характер разрушения по наклонному сечению учи­ тывают при расчете несущей способности изгибаемых элементов по наклонным сечениям.

Изложенные особенности напряженно-деформирован­ ного состояния железобетонных изгибаемых элементов являются основой современной теории расчета железо­ бетонных конструкций. Они установлены в результате многочисленных экспериментально-теоретических иссле­ дований. Начало этих обобщений в нашей стране поло­ жено А. Ф. Лолейтом, полностью они осуществлены под общим руководством проф. А. А. Гвоздева.

§ V1.3. РАСЧЕТ ПРОЧНОСТИ ЭЛЕМЕНТОВ ПО НОРМАЛЬНЫМ СЕЧЕНИЯМ

Элементы любого симметричного профиля

Рассмотрим изгибаемый элемент без предварительно­ го напряжения. В расчетной схеме усилий принимается, что на элемент действует изгибающий момент М, вычис-

80