железобетонная стойка. конструкции железобетонные стойки. Разрушающий момент при сложном изгибе. Предварительно напряженный железобетон. Учебник по железобетону. Сечение подвергнутое разрушению

  

Вся электронная библиотека >>>

 Железобетон  >>>

 

 

Предварительно напряженный железобетон


Раздел: Учебники

 

10. Случай конструкции, имеющей железобетонные стойки

  

 

Имеются в виду многочисленные рамные конструкции и рамные каркасы.

1. Разрушающий момент при сложном изгибе. Пусть N — нормальное усилие при учете перенапряжений, соответствующих принятому коэффициенту безопасности; о> и о>' — площади поперечных сечений стали в зонах сжатия и растяжения. Допустим, что когда сечение подвергается разрушению, эта арматура достигает своего предела упругости Те в растянутой зоне и в сжатой зоне. Пусть s — площадь сжатой зоны

Если а и N известны, то формула (2) дает возможность определить размеры поперечного сечения; если же, напротив, размеры поперечного сечения определены (бетон и арматура), то эта же формула устанавливает предельную точку приложения внешнего усилия. Геометрическое равенство: (усилие в бетоне) = (внешнее усилие) + + (усилие предварительного напряжения) должно быть заменено на: (усилие в бетоне) = (внешнее усилие) + (усилие в арматуре).

Однако эти явления оказываются более сложными, чем для предварительно нацряженного бетона, потому что, с одной стороны, часть сжимающего усилия уравновешивается одной из арматур, а с другой стороны, хомуты играют роль, которую нельзя оставить без внимания.*Рассмотрим ( XIV.37, а) стойку с симметричной арматурой во время начала стадии разрушения в верхней и нижней частях, причем внешняя кривая давления проходит в этих сечениях точки А и А'.

Если предположить, что в разрушаемых сечениях усилия, создаваемые посредством растянутой и сжатой арматур, взаимно равны по абсолютной величине, то сжимающее усилие в бетоне будет иметь вертикальную составляющую N; в таком случае касательные к внутренней кривой давления в точках В и В' (предельные точки) должны обязательно быть параллельными линии АА', для того чтобы равновесие поперечных составляющих было бы обеспечено.

Тем не менее, сечения арматур не являются обязательно одинаковыми и вертикальная составляющая усилия в бетоне может разниться от N. Однако кривая давления в бетоне имеет .наклон, заметно отличный от линии ВВ'.

Пусть В К и В'К' — направления в точках В и В' внутренних сжимающих усилий. В точке К усилие ВК разлагается на тангенциальное усилие t, которое уменьшает растягивающее усилие арматуры, и на го

ризонтальное усилие /С/, уравновешенное посредством хомутов. В точке J растягивающее усилие, развиваемое хомутами, разлагается на тангенциальное усилие t, снижающее сжимающее усилие в арматуре FJ, и на наклонное сжимающее усилие в бетоне. В .конечном счете стойку можно рассматривать как наклонную «шарнирную цепь» с осью ВВ\ перерезанную щелями от трещинообразования CD и C'D\ которые соединяются шарнирами наверху и внизу, однако, повороты сечений которых ограничиваются растянутой арматурой; внутренняя работа стойки выражается сложной треугольной системой, изображенной схематически в виде ВЮУК'В'.

Вместо рассмотрения предельных точек В и В' рассмотрим центры сжатия G и G' (точки .приложения равнодействующей усилий в бетоне и в сжатой арматуре). Пусть / и Г — точки пересечения арматурных осей с линией АА' ( XIV.37, б). В точке / внешнее усилие, направленное от точки А' по направлению к точке Л, разлагается на составляющие: сжимающее усилие IG и растягивающее усилие верхней растянутой арматуры. В точке I' внешнее усилие, направленное от точки А по направлению к точке А', разлагается также на составляющие IG' (сжатие) и на усилие нижней растянутой арматуры. В таком случае можно считать, что стойка составлена из двух консолей, EIG и Е'1'G', соединенных «шарнирной цепью» 1Г. При этом усилия IG и I'G' разлагаются на составляющие в виде усилий в сжатой арматуре и бетоне, а сжимающие усилия в бетоне дают силы (GKJJ' и KG'), как показано на  XIV.37, а. Точки B,G и F являются в общем для употребительных величин — очень близкими. На  XIV. 37,6 принято, что они совпадают. bh

Если верхняя и нижняя арматуры не являются одинаковыми и если материал стойки в ее сечениях использован полностью, то внешняя кривая давления АА' не проходит через середину высоты стойки. Моменты GA-N и G'A' • N должны находиться между собой в отношении, как ш к ш', причем через шиш' обозначены площади поперечного сечения.

Если считать, что горизонталь Я делит высоту g стойки в отношении — (иначе говоря, проходит на расстоянии g —— ниже верхней горизонтали) и если О' является точкой пересечения линии GG' с этой горизонталью, то кривая давления АА' проходит через точку О'.

Е,сли же внешняя кривая давления пересекает линию в точке О', то соотношение площадей сечения шиш' должно быть равным соотношению расстояний от точки 0' до верхней и нижней горизонтали, если хотят использовать арматуру до ее предела прочности.

При заданном наклоне линии АА\ однако, для различных положений точки О' сумма ш+а/ остается постоянной.

Достаточно представить на эпюрах ось стойки GG' и изобразить арматуру при помощи трассы ЕКК'Е' (причем растягивающее усилие КК разлагается в действительности на составляющие усилия в бетоне и хомутах, как это было указано), а также дополнить эти схемы сжимающими усилиями KG и K!G\ которые замыкают треугольник равновесия.

Указанные соображения дают возможность рассчитывать рамные каркасы. На  XIV.38 представлены основные кривые, соответствующие стадии разрушения подобного каркаса, с равномерно загруженными пролетами и с прямолинейными арматурными пучками.

Величина Fn впрочем, может увеличиваться и уменьшаться под действием усилий, вызванных наклоном реакций стойки. Эти кривые давления должны оставаться внутри граничных линий. Внешние кривые давления, которые в пролетах являются параболами, должны проходить в загруженных пролетах через точки пересечения внутренних кривых давления с осями пучков; в незагруженных пролетах внутренние кривые давления не пересекают в общем ось пучка, однако внешние кривые наносятся без затруднений, потому что хорды внутренней и внешней парабол должны пересекаться на оси пучка и ординаты обеих кривых 1Взаимно пропорциональны. Мы даем эту схему лишь в качестве примерной, потому что она создает некоторые неудобства при построении.

Может показаться априори, что если рассматривать стойки с наклонной осью GGто эти оси должны иметь максимальный уклон таким образом, чтобы уменьшить расчетный пролет загруженных пролетов и чтобы создать 'в этих пролетах максимальные усилия. При загружении в шахматном порядке, подобно изображенному на  XIV.38, из этого следовало бы, что моменты в стойках как в нижней, так и в верхней частях одного и того же узла были бы одинакового направления, несмотря на то, что, согласно расчету по упругой стадии, они «имеют противоположное направление.

Будет легко составить схему, соблюдая это условие перемены направления моментов в стойках при прохождении через узел. Касаясь  XIV.38, надо отметить, что трасса осей GG' (и решетки стоек, которая от них зависит) была изменена, а кривые давления в балках оставались прежними; однако несущая способность оказалась сниженной в загруженных пролетах.

А. Бекер, который сделал расчет прочности на разрушение рамных конструкций при помощи различных приемов, представленных на  XIV.38, признает в уклончивой форме, что следует учитывать направление моментов, вытекающее из расчета по упругой стадии.

Быть может в схеме  XIV.38 имеются несоответствия, которых мы не заметили, и мы считали полезным указать на это затруднение, которое нам представляется необходимым изучить экспериментальным путем.

Впрочем, следует отметить, что наиболее наблагоприятный случай для определения размеров поперечных сечений на опорах не возникает при загружении пролетов в шахматном порядке, но при загружении двух смежных пролетов у одной и той же стойки, и что все отмеченные трудности отсутствуют в рассматриваемом случае; следовательно, они не влияют вовсе или очень мало влияют на определение конструктивных размеров.

вы XIII), что пластичность при растяжении  обнаруживается только в слабой степени.

Однако при этом несомненно включаются другие явления, которые замедляют (вопреки процессу трещинообразования в самом точном смысле этого слова) достижение того предела, начиная с которого приспосабливаемость становится заметной.

Иначе говоря, если сооружение, чтобы быть надежным, нуждается в несущих системах, последовательно связанных, то каждая несущая система может вести себя как упругая, несмотря на то, что предшествующая ей несущая система уже переросла стадию упругих деформаций. Трещина может закрыться, если деформации, обусловленные вторичным процессом (трещиной), оказываются или очень малыми, или даже противоположного знака по отношению к тем, которые способствовали развитию первой трещины.

Например, в неразрезной плите, подверженной нагрузке в ее центре, приходится иметь дело с непрерывным рядом по крайней мере из четырех несущих систем: изгиба согласно теории упругости, изгиба с перераспределением моментов между центром и опорами, системы «шарнирных цепей», расходящихся от нагрузки и примыкающих к опорам, и, наконец, несущего конуса вращения, опирающегося на зоны, концентричные с точкой приложения нагрузки. Переход от одной к другой из этих несущих систем происходит за счет игры внутренних напряжений, сдвигов, усилий и моментов, и последовательность включения этих систем растягивает видимый период целостности конструкций.

Нами была изготовлена в лаборатории конструкция подобного рода с использованием балок, на которых мы наблюдали отсутствие пластичности при растяжении. Присоединив к ним металлическую затяжку, в нижней части ( XIV.39), предназначенную для замены влияния боковых поясов плиты, средний пояс которой был представлен самой балкой, мы получили две последовательные фазы упругих деформаций, причем трещина обнаруживалась только в конце второй фазы. Вторая фаза упругих деформаций соответствует системе «шарнирной цепи», поддерживаемой при помощи затяжки.

Этот пример дает возможность понять причину существующих разногласий.

Подлежащая рассмотрению балка безусловно подверглась трещино- образованию в конце первой фазы, иначе «шарнирная цепь» не сформировалась бы. Однако эта трещина не могла бы раскрыться, потому что вследствие деформации системы «шарнирной цепи» она оказалась закрытой. Быть может трещину удалось бы обнаружить с помощью микроскопа, фактически же конструкция вела себя так, как если бы она была без трещин.

Мнения разошлись только потому, что трещина точным образом не была определена и что в действительности не была установлена нагрузка, под действием которой это произошло, так как все зависит от приборов наблюдения ( XIV.40). В зависимости от способа наблюдения: с помощью невооруженного глаза, лупы или микроскопа трещины обнаруживаются с точностью до Vio, или Чоо, или Viooo мм. На кривой, связывающей момент и кривизну, подобным образом определены моменты в стадии трещинообразования, т. е. моменты Л, В или С. Чтобы исключить возможность какой-либо субъективной оценки в определении

этих точек некоторыми исследователями момент Д для которого кривая начинает наклоняться, также относится к стадии трещинообразования. Эту точку можно было бы назвать точкой образования теоретической трещины.

Исследования статически определимых балок показывают, что фактически соотношение относительно близко к 1; следовательно,

неточности при использовании приближенного способа остаются в данном случае в достаточной степени малыми.

Все может измениться, если дело касается статически неопределимой конструкции, потому что для данного сечения момент перестает быть пропорциональным нагрузкам, лишь только пластические деформации (придавая им в данном случае самый общий смысл), появляются. Если мы проведем кривую, связывающую момент и нагрузку, то она наклоняется в слабой степени, начиная от точки D. Если же система статически определимая, то имеет место случаи кривои 1 и отношение для нагрузок приблизительно остается постоянным. Но если кривая «момент— нагрузка» значительно искривляется, то прямолинейное приближение может привести к скачкообразному изменению нагрузок, как это имеется в случае кривой 3.

Для балок, за исключением особых случаев, наклон кривых остается умеренным. Наклон может быть значительным для плит.

Вот в чем именно заключается основная причина различий в мнениях. Они происходят от того, что между временем образования трещины и временем, когда она достигает некоторого предела видимости, могут произойти процессы, которые в корне видоизменяют закон, связывающий изгибающий момент и нагрузку.

Однако, по этому поводу приходят к следующему выводу: если действительно процесс образования трещин оказывается явлением столь неопределенным, то нельзя принимать в качестве критерия для обоснования проекта расчетные характеристики трещинообразования, иначе говоря, точку А И еще в меньшей степени нельзя принять за критерий характеристики условного трещинообразования, которое еще больше отодвигает эту точку D, т. е. допустить, что трещина может начать свое образование при наличии нулевого напряжения в растянутом волокне, другими словами, в точке Е.

2. Второй вопрос относится к допустимым пределам напряжений: вопрос возникает только о растягивающем напряжении бетона, поскольку можно было убедиться, путем расчета по стадии разрушения, что имелось в наличии достаточное количество бетона, чтобы сопротивляться сжимающим усилиям, и достаточно стали, чтобы обеспечить принятый коэффициент запаса. В примере § 4 нами был принят предел прочности на растяжение в 60 кг/см2\ вполне вероятно, что под действием этого напряжения трещинообразование не будет наблюдаться, если растянутые зоны армированы надлежащим образом распределенной дополнительной арматурой, потому что всякое начало трещинообразования в виде микротрещин влечет за собой начало перераспределения напряжений.

Тем не менее, при наличии подобных напряжений можно пойти на риск трещинообразования, незначительного и практически лишенного значения. Мы полагаем, что эти пределы приемлемы, но следует принять во внимание, что в таком случае имеется предварительно напряженный железобетон.

Что касается предварительно напряженного бетона , то надо установить более низкие пределы для растягивающих напряжений. Ниже приводятся значения величин для статически неопределимых конструкций, которые являются целесообразными, причем через Rb обозначается допустимая величина сжимающего напряжения (0,28 от предела прочности на сжатие):

а)         конструкция незагруженная (постоянные нагрузки, усадки и температура): допускаемый предел растягивающих напряжений — нуль;

б)         конструкция, загруженная исключительными временными нагрузками, при условии усиления дополнительной арматурой, как это указывается ниже в п. 3: 0,25Rb.

в)         конструкция под действием нормально предусмотренных временных нагрузок — половина вышеприведенного предела (а именно 0,105 Я*).

Определение исключительных временных нагрузок и нормально предусмотренных временных нагрузок является вопросом вероятности.

Безусловно, не встречается никаких затруднений для конструкции,

Которая обладает большими запасами прочности, принять в виде исключения для растягивающих напряжений допускаемую величину в 30 кг/см  для бетона с пределом прочности на сжатие в 450 кг/см2 (причем достигнутое в нормальных условиях растягивающее напряжение не будет превышать 15 кг/см2).

Влияние температуры и усадки1 и деформаций укорочения под действием нагрузки (например, деформации укорочения средней линии арки или рамы под действием распора) не учитываются в расчетах по стадии разрушения, потому что вызываемые ими дополнительные реакции являются только частью реакций, которые обеспечивают перераспределение напряжений. Их следует принимать во внимание в поверочных расчетах на основе упругой стадии.

г) Для допускаемого напряжения на растяжение в процессе предварительного напряжения можно принять те же пределы, а именно: для бетона, обладающего пределом прочности па сжатие в 450 кг/см2— 30 кг/см2 — до приложения всех постоянных нагрузок, 15 кг/см2 — после приложения всех постоянных нагрузок2.

3. Необходимая арматура. Арматура рассчитывается согласно нормам железобетона, подвергнутого сложному изгибу. Пучок может быть принят в качестве части арматуры, при условии удовлетворительного качества инъектирования раствора. При расчете на температуру и усадку предполагают, что предел прочности на растяжение равен нулю, т. е. рассматривают стадию трещинообразования; между тем, если возникает процесс трещинообразования, то рассматриваемые усилия в арматуре уменьшаются.

Во всех случаях арматура должна быть надлежащим образом распределена и очевидная польза получается при применении стали с улучшенным сцеплением с бетоном.

 

 

СОДЕРЖАНИЕ:  Предварительно напряженный железобетон

 






Смотрите также:

    

Стойки железобетонные для опор воздушных линий электропередач...

Стойки железобетонные вибрированные предназначены для опор промежуточного и анкерно-углового типа для подвески от двух до девяти проводов ВЛ и до четырех проводов проводного...

 

Стойки железобетонные вибрированные предварительно напряженные...

Стойки предназначены для опор воздушных линий электропередач и наружного освещения напряжением 0,38 кВ.
Оборудование для производства железобетонных изделий.

 

ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ КОНСТРУКЦИИ. Железобетонные конструкции...

Фундаменты под сборные стойки устраивают железобетонные ступенчатые — монолитные или сборные стаканного типа.

 

...опалубку. Общие требования к лесам. Бетонные и железобетонные...

Поэтажные леса (высотой до 6 м), поддерживающие опалубку железобетонных перекрытий или
Установка подкладок под отдельные стойки (вместо лаг под |»яд стоек) не допускается.

 

Ригели и балки. Сборка опалубки для бетонирования железобетонных...

В зависимости от сечения железобетонных ригелей и балок струбцины могут опираться на одну или две стойки.

 

ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ ИЗДЕЛИЯ. Строительные материалы

Сборные железобетонные изделия — относительно новый вид конструктивных элементов зданий и сооружений.
К этим изделиям относят трубы, ограды, стойки под светильники, плиты...

 

Железобетонные лестницы

Железобетонные и бетонные лестницы строят по принципу строительства деревянных лестниц.
Промежуточная площадка опирает-ся на стойки из брусков 100 х 100 мм.

 

Армирование монолитных стоек и стен

Для сдерживания поперечных деформаций бетона и предотвращения выпучивания продольной арматуры в любом направлении в железобетонных монолитных стойках применяется...

 

РАМА - железобетонные и металлические рамы

— стержневая система, элементы (стойки и ригели) к-рой во всех или нек-рых узлах жестко связаны между собой.
Железобетонные рамы выполняют монолитными или сборными, они...