Уже в стадии эксплуатации
железобетонные конструкции не работают упруго, а в стадии, близкой к пределу
несущей способности, они резко отходят от состояния, определяемого работой
упругой системы, элементы которой сохраняют свою жесткость неизменной.
Нарушается прямая пропорциональность между ростом нагрузок и ростом усилий в
конструкции и ее перемещениями.
При нагрузках, близких к разрушающим, напряжения в
растянутой арматуре из мягкой стали достигают предела текучести. При этом в
арматуре развиваются пластические деформации. С появлением пластических
деформаций напряжения в растянутой арматуре остаются постоянными и равными
пределу текучести, в бетоне конструкции появляется трещина и образуется
участок больших местных деформаций, называемый пластическим шарниром.
В статически определимой балке появление пластического
шарнира влечет за собой взаимный поворот ее частей, расположенных справа и
слева от шарнира, возрастание прогибов, уменьшение высоты сжатой зоны,
в результате чего наступает разрушение. В статически
неопределимой балке картина будет иная: повороту частей балки и возрастанию
прогибов будут препятствовать лишние связи, например защемление на опорах,
или лишние (с точки зрения статики) промежуточные опоры. С образованием
одного пластического шарнира разрушение такой балки не произойдет; более
того, балка способна воспринимать дополнительную нагрузку до тех пор, пока не
образуются новые шарниры.
Образование одного пластического шарнира в статически
определимой балке приводит к потере ее геометрической неизменяемости (
9.1,а), а образование пластического шарнира в статически неопределимой балке
равносильно выключению одной лишней связи ( 9.1,6). Поэтому в п раз
статически неопределимой балке для потери ее геометрической неизменяемости
необходимо образование и+1 пластических шарниров.
Изгибающий момент в пластическом шарнире зависит от усилия
в арматуре и плеча внутренней пары
Некоторым увеличением плеча внутренней пары при уменьшении
высоты сжатой зоны над трещиной пренебрегают ввиду его малости.
После появления пластического шарнира при дальнейшем
увеличении нагрузки в статически неопределимой системе происходит
перераспределение изгибающих моментов между отдельными сечениями. При этом
изгибающий момент в пластическом шарнире остается постоянным. Для балки,
защемленной на опорах, первый пластический шарнир может возникать или на
опоре, или в пролете.
Проследим на примере балки, защемленной на двух опорах,
сущность процесса перераспределения изгибающих моментов
С образованием на одной из опор пластического шарнира при
нагрузке Р0 балка начинает работать по новой схеме — с одной защемленной и
другой шарнирной опорой ( 9.2,6). Появление пластического шарнира на второй
опоре при увеличении нагрузки на AiP0 превращает балку в свободно опертую (
9.2,в). Образование пластического шарнира в пролете при дополнительной
нагрузке АгР0 превращает балку в изменяемую систему, т. е. приводит к
разрушению.
Как следует из уравнения, момент в пластическом шарнире
зависит от расчетного сопротивления арматуры и площади ее сечения. Поэтому в
нашей власти вызывать любую последовательность в образовании пластических
шарниров, а также выравнивать соответствующим подбором арматуры размеры
расчетных
моментов, лишь бы при этом соблюдалось условие возможные
варианты перераспределения изгибающих моментов в защемленной балке.
Изгибающие моменты, найденные с учетом перераспределения
усилий (выравненные моменты), выгодно отличаются от вычисленных по упругой
схеме.
Расчет и конструирование статически неопределимых
железобетонных конструкций по выравненным моментам приводят к экономии
материалов и снижению стоимости, так как позволяют облегчить армирование
отдельных сечений (что особенно важно для монтажных стыков сборных
конструкций), применять однотипное армирование сварными сетками и каркасами
пролетных и опорных сечений неразрезных конструкций, в которых при расчете по
упругой схеме возникают различные изгибающие моменты. При значительных
временных нагрузках расчет по выравненным моментам по сравнению с расчетом по
упругой схеме может давать 20—30% экономии арматурной стали.
Однако при этом необходимо учитывать, что с образованием
пластического шарнира в арматуре продолжают нарастать пластические
деформации, что может привести к недопустимо большому раскрытию трещин на
участке пластического шарнира. Поэтому в целях ограничения раскрытия трещин
нормы рекомендуют производить перераспределение моментов так, чтобы
выравненный момент отличался от момента в упругой стадии не более чем на 30%.
Кроме того, при расчете по выравненным моментам необходимо
соблюдать следующие конструктивные требования:
1) в конструкции должно быть исключено разрушение
из-за среза бетона сжатой зоны или раздавливания бетона от главных сжимающих
напряжений;
2) для армирования конструкции должны применяться
стали, допускающие образование пластических шарниров. Этому условию
удовлетворяют все мягкие стали, сварные сетки из обыкновенной арматурной
проволоки, а также гладкая высокопрочная проволока. Не рекомендуется
применять высокопрочную проволоку периодического профиля;
3) причиной разрушения не должно быть разрушение
сжатой зоны бетона;
4) расчет с учетом перераспределения усилий
допускается для конструкций, не испытывающих воздействия динамических
нагрузок.
|