Нормальные сечения изгибаемых
элементов, симметричных относительно плоскости изгиба, характеризуются
наличием в них одновременно растягивающих и сжимающих напряжений (см. 1.1).
Сжимающие усилия воспринимаются бетоном, растягивающие — арматурой.
Необходимость в обеспечении прочности по нормальным
сечениям обусловлена возможностью излома элементов в этих сечениях под
действием внешнего изгибающего момента. Предотвращение такого характера
разрушения и составляет цель рассматриваемого ниже расчета. При его
выполнении определяются размеры поперечного сечения элемента и площадь
сечения растянутой, а иногда и сжатой арматуры, гарантирующие надежную работу
конструкции в течение заданного срока службы сооружения.
Элементы прямоугольного сечения с одиночной арматурой.
Расчет изгибаемых элементов по нормальным сечениям производят по стадии П1
напряженно-деформированного состояния (см. § 3.1). Для получения расчетных
зависимостей проведем в балке сечение ( 5.7, а), отбросим правую часть и
заменим ее действие внутренними силами. Так как действительные законы
распределения напряжений по сечению достаточно сложны, то часто используют
следующие упрощающие предпосылки: 1) напряжения в бетоне в предельном
состоянии равны расчетному сопротивлению Rb; 2) действительную криволинейную
эпюру напряжений в бетоне сжатой зоны заменяют прямоугольной ( 5.7, б);
применение такой эпюры в качестве расчетной приводит к погрешностям, не
превышающим 2...8%, но позволяет существенно упростить расчетные зависимости;
3) усилиями, воспринимаемыми растянутым бетоном над устьем трещины,
пренебрегают вследствие их малости; 4) деформации (напряжения) в арматуре
определяют в зависимости от высоты сжатой зоны бетона с учетом деформаций
(напряжений) от предварительного натяжения; 5) растягивающие напряжения в
арматуре принимают не более расчетного сопротивления растяжению
Одинаковую несущую способность элемента можно обеспечить
при различных размерах сечения и соответственно различных процентах
армирования. Так, с увеличением высоты сечения можно уменьшить количество
арматуры, и наоборот. При проектировании следует исходить из наиболее
экономичных решений, для которых стоимость конструкции будет наименьшей.
Исследования показывают, что экономичные решения будут получены при £ =
0,25...0,4 для балок и { = 0,1...0,2 для плит.
Минимальные значения процента армирования для элементов
прямоугольного сечения в зависимости от классов бетона и арматуры получают из
условия равенства их расчетных моментов в бетонном {Mb=Wp,Rbtxr) и
железобетонном [M,b=Ribx(h0—x/ 2)] сечениях. Для изгибаемых элементов /^ =
0,05%. Если процент армирования элемента ниже указанного минимума, то расчет
следует производить без учета арматуры, т. е. как неармированного бетонного
сечения.
Полученные формулы позволяют решать различные практические
задачи. Блок-схемы решения характерных задач приведены в приложениях 1 — 3.
Элементы прямоугольного сечения с двойной арматурой.
Сечениями с двойной арматурой называют такие, в которых кроме растянутой
арматуры ставят по расчету сжатую. Необходимость в сжатой арматуре возникает,
когда сечение с одиночной арматурой не может воспринять расчетный момент от
внешней нагрузки вследствие недостаточной прочности бетона сжатой зоны
(разрушение по случаю 2), т. е. M>ctRRbbhl. Чтобы сжатая зона в таких
конструкциях восприняла все сжимающие усилия, ее необходимо усилить
арматурой.
Сечения с двойной арматурой неэкономичны по расходу
стали, так как увеличивается расход продольной арматуры и требуется
постановка поперечных стержней (с шагом не более 15d в вязаных каркасах и 2Ы
в сварных), обеспечивающих закрепление сжатых продольных рабочих стержней от
выпучивания. Поэтому сжатую арматуру устанавливают по расчету только в особых
случаях: при ограниченных размерах поперечного сечения элемента;
невозможности повышения класса бетона; при действии изгибающих моментов двух
знаков или других специальных требованиях. Арматура в сжатой зоне
используется только в пределах возможных деформаций бетона.
При расчете элементов с двойной арматурой могут
встретиться два типа задач: 1) сжатая арматура необходима для усиления сжатой
зоны бетона (если увеличение размеров сечения нежелательно); 2) сжатая
арматура предусмотрена по конструктивным соображениям или при условии
действия изгибающих моментов разных знаков.
При решении задач первого типа в двух исходных уравнениях
(5.24) и (5.25) оказывается три неизвестных: х, As, A's. Вследствие этого
принимается дополнительное условие, которое отвечает экономическим
требованиям.
|