Adv-fabrika.ru

Ремонт и Дизайн
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Принцип армирования изгибаемых железобетонных элементов

Конструктивные решения и требования к железобетонным изгибаемым элементам

Рациональность железобетонных изгибаемых элементов заключается в сокращении расхода материалов, стоимости и трудоемкости, в улучшении визуального восприятия, в размещении прочных материалов в направлении траекторий главных напряжений. Дополнительными показателями могут быть приспособленность к легкой разборке конструкций после окончания срока эксплуатации, и возможность вторичного использования.

Учитывая реальную часть этих требований, рациональными изгибаемыми элементами можно считать тонкостенные ребристые конструкции, плиты с пустотами, причем форму пустот лучше принимать вытянутую по вертикали, с целью получения большего момента сопротивления сечения. Важным показателем является размещение прочных материалов по траекториям главных напряжений. Это правило имеет отношение к размещению арматуры в изгибаемых элементах: арматуру в растянутой зоне и особенно в приопорных участках желательно размещать в направлении траекторий главных напряжений, поперек главных растягивающих напряжений.

Железобетонные плоские и ребристые перекрытия и покрытия являются важнейшими конструктивными частями всех типов зданий. Они предназначены для надежного восприятия постоянных и временных вертикальных нагрузок; объединяя все вертикальные конструкции в единую пространственную систему, они обеспечивают пространственную жесткость и устойчивость зданий, воспринимая и горизонтальные нагрузки. Железобетонные плоские перекрытия состоят из плоских плит, а ребристые — из плит и расположенных обычно под ними балок (ребер). Они могут быть монолитными, сборными или сборно-монолитными, с обычной и напряженной арматурой. Плиты и балки — это наиболее распространенные элементы в строительстве. Балками называют элементы, длина которых l намного больше высоты h и ширины b, а плитами — плоские элементы, толщина которых h значительно меньше ширины l1 и длины l2 (рис. 4.2). В зависимости от соотношения между размерами в плане плоские плиты делят на балочные (граничное соотношение l2/l1 > 2. 3), и опертые по контуру (l2/l1 150 мм — 1,5h и 400 мм. В балках и ребрах шириной более 150 мм число продольных рабочих стержней растянутой арматуры в поперечном сечении должно быть не менее двух. При ширине элемента b 3 %, выполняют технико-экономическое обоснование.

Если расчетом выявлено, что прочность (несущая способность) элемента исчерпывается одновременно с образованием трещин в растянутой зоне, то площадь сечения продольной арматуры увеличивают по сравнению с расчетной на 15%. В изгибаемых элементах из легкого и поризованного бетона с арматурой класса А500 и ниже диаметр продольных стержней не должен превышать для бетона классов B10 — 16 мм; В15. В25 — 25 мм; > В30 — 32 мм. В изгибаемых элементах из ячеистого бетона класса B10 диаметр продольной арматуры принимают не более 16 мм. При стесненных условиях располагают стержни напрягаемой арматуры попарно, без зазора между ними, в несколько рядов. При назначении расстояний между парами стержней, определении длины передачи напряжения lp и длины зоны анкеровки lan пару рассматривают как условный стержень диаметром

где d — диаметр одного стержня в пучке; n — число стержней в пучке.

В железобетонных элементах площадь сечения продольной растянутой арматуры, а также сжатой, если она требуется по расчету, в процентах от площади сечения бетона, равной произведению ширины прямоугольного сечения либо ширины ребра таврового (двутаврового) сечения на рабочую высоту сечения us = As*100%/bh0, следует принимать не менее: 0,1 % — в изгибаемых, внецентренно растянутых элементах и внецентренно сжатых элементах при гибкости l0/i 87 (для прямоугольных сечений l0/i > 25); для промежуточных значений гибкости элементов значение р определяют по интерполяции. В элементах с продольной арматурой, расположенной равномерно по контуру сечения, а также в центрально растянутых элементах минимальную площадь сечения всей продольной арматуры следует принимать вдвое большей указанных выше значений и относить ее к полной площади сечения бетона. Диаметр продольной рабочей и монтажной арматуры балок принимают не менее 12 мм. Для продольной арматуры, устанавливаемой по конструктивным соображениям, а также для продольных монтажных стержней сварных каркасов сборных балок допускается применять стержни меньших диаметров. Продольную рабочую арматуру назначают из стержней одинакового диаметра (допускается — двух диаметров). Стержни большего диаметра размещают в нижнем ряду, или в углах сечения, а при вязаных каркасах — в местах перегиба хомутов.

Рабочую продольную арматуру располагают по возможности равномерно в один ряд по ширине поперечного сечения балки. He рекомендуется шахматное расположение стержней в рядах по высоте, так как это затрудняет прохождение крупного заполнителя бетонной смеси между стержнями. В элементах с напрягаемой арматурой, натягиваемой на бетон (за исключением непрерывно армированных конструкций), расстояние в свету между каналами для арматуры должно быть, как правило, не менее диаметра канала и не менее 50 мм. Для предварительно напряженных конструкций при расположении арматуры учитывают уровень местного обжатия бетона и габариты натяжного оборудования (зажимов, домкратов). В предварительно напряженных элементах с натяжением располагаемой в каналах арматуры на бетон расстояние от поверхности элемента до поверхности канала принимают > 40 мм и не менее ширины канала; это расстояние до боковых граней элемента принимают не менее половины высоты канала. При расположении напрягаемой арматуры, натягиваемой на бетон, в пазах или снаружи элемента, толщину защитного слоя из торкретбетона принимают не менее 20 мм.

Требования к поперечной арматуре. Поперечная арматура может быть рабочей и монтажной (конструктивной), вертикальной или наклонной (отогнутой). Поперечная арматура обеспечивает проектное положение продольной рабочей арматуры, улучшает ее совместную работу с бетоном, воспринимает нерасчетные усилия от неравномерной усадки бетона. Рабочую поперечную арматуру устанавливают в приопорной зоне балок по расчету на действие поперечной силы Q и изгибающего момента M (рис. 4.5). Расстояние между поперечными стержнями в балках при отсутствии отогнутой арматуры, принимают (на приопорных участках длиной 1/4 пролета при равномерной нагрузке, и, кроме того, на длине от опоры до ближайшего груза при сосредоточенных нагрузках, но не менее 1/4 пролета): при высоте сечения h 400 мм — не более h/3 и не более 500 мм; на остальной части пролета при высоте сечения балок h > 300 мм — не более 3/4h и не более 500 мм.

Поперечную арматуру устанавливают у всех поверхностей железобетонных элементов, вблизи которых ставится продольная арматура. Поперечная арматура выполняет важные функции: обеспечение проектного положения продольных стержней, закрепление их от бокового выпучивания в любом направлении, ограничение развития трещин (в том числе носящих усадочный характер), восприятие расчетных усилий. Поперечную арматуру вязаных каркасов называют хомутами, их диаметр принимают не менее 5 мм. В сварных каркасах диаметр поперечной арматуры принимают не менее диаметра, устанавливаемого из условия сварки с продольной арматурой наибольшего диаметра. Диаметр хомутов вязаных каркасов балок принимают не менее 0,25d и не менее 5 и 8 мм соответственно при высоте каркаса h 800 мм, где d — наибольший диаметр рабочих продольных стержней. Хомуты связывают с рабочей арматурой балок вязальной (отожженной) проволокой диаметром 0,8. 1,0 мм. Хомуты в зависимости от числа вертикальных стержней (ветвей) бывают двухветвевые (двухсрезные) и четырехветвевые (четырехсрезные). В балках шириной 450 МПа — не более 400 мм и не более 12d при вязаных и 5d при сварных каркасах, где d — наименьший диаметр сжатых продольных стержней. Концы хомутов, предусматриваемых для восприятия поперечных сил, анкеруют в бетоне посредством приварки или охвата продольной арматуры.

В железобетонных элементах, в которых поперечная сила по расчету не может быть воспринята только бетоном, предусматривают установку поперечной арматуры с шагом не более 0,5h0 и не более 300 мм. В сплошных плитах, в часторебристых плитах высотой менее 300 мм, и в балках (ребрах) высотой менее 150 мм на участке элемента, где поперечная сила по расчету воспринимается только бетоном, поперечную арматуру можно не устанавливать. В балках и ребрах высотой 150 мм и более, а также в часторебристых плитах высотой 300 мм и более, на участках элемента, где поперечная сила по расчету воспринимается только бетоном, предусматривают установку поперечной арматуры с шагом не более 0,75h0 и не более 500 мм. В изгибаемых элементах при наличии необходимой по расчету сжатой продольной арматуры с целью предотвращения ее выпучивания устанавливают поперечную арматуру с шагом не более 15d и не более 500 мм (d — диаметр сжатой продольной арматуры). Если площадь сечения сжатой продольной арматуры, устанавливаемой у одной из граней элемента, более 1,5%, поперечную арматуру устанавливают с шагом не более 10d и не более 300 мм. Продольное предварительное обжатие элемента приводит к возникновению в нем поперечных растягивающих напряжений, поэтому поперечную арматуру предварительно напряженных элементов выполняют в виде замкнутых хомутов, охватывающих крайние ряды напрягаемой арматуры; во всех местах перегибов хомутов устанавливают продольную монтажную арматуру.

Поперечную арматуру в плитах в зоне продавливания (в направлении, перпендикулярном сторонам расчетного сечения) устанавливают с шагом не более 1/3h0 и не более 300 мм. Стержни, ближайшие к контуру грузовой площади, располагают не ближе h0/3 и не далее h0/2 от этого контура. Ширина зоны постановки поперечной арматуры (от контура грузовой площади) должна быть не менее 1,5h0.

Менее технологичные отогнутые стержни проектируют в изгибаемых элементах только при невозможности восприятия поперечных сил в приопорной зоне бетоном и хомутами. Чаще их ставят при армировании вязаными каркасами и в коротких консолях. Арматуру отгибов отгибают по дуге радиуса не менее 10d, а на их концах выполняют прямые участки длиной не менее длины анкеровки. Начало отгиба в растянутой зоне должно отстоять от нормального сечения, в котором отгибаемый стержень используется по расчету, не менее чем на 0,5h0, а конец отгиба должен быть расположен не ближе того нормального сечения, в котором отгиб не требуется по расчету. Вертикальную поперечную арматуру в многопустотных сборных плитах высотой более 300 мм устанавливают по расчету. Соотношение диаметров поперечных и продольных стержней в сварных каркасах и в сварных сетках устанавливают из возможности их сварки. Расстояния между поперечными стержнями у каждой поверхности элемента принимают не более 600 мм и не более удвоенной ширины грани элемента. Поперечная арматура, устанавливаемая в плитах в зоне продавливания, должна на концах иметь анкеровку, выполняемую приваркой или загибом при охвате продольной арматуры. Расстояние между поперечными стержнями принимают не более 1/3h0. Ширина зоны постановки поперечной арматуры должна быть не менее 1/5h0. Точное положение арматурных каркасов и сеток в опалубке обеспечивают путем фиксации арматуры с помощью пластмассовых ограничителей защитного слоя бетона однократного использования, остающихся в бетоне; приварки упоров к каркасам; удлинения отдельных поперечных стержней до упора в стенки опалубки; постановки специальных поддерживающих сеток и каркасов — разделителей (рис. 4.6).

Расстояние между разделителями сеток определяют расчетом на прогиб сеток под действием сосредоточенного монтажного груза весом F = 1 кН (вес человека с инструментом) и под действием собственного веса укладываемого бетона.

Требования к армированию плит. Плиты армируют сварными (это технологически проще) или вязаными сетками. Диаметр рабочих стержней арматуры сварных сеток назначают > 3 мм, вязаных > 6 мм. Расстояния между осями стержней рабочей арматуры в пролете и над опорами (для многопролетных плит) должны быть не более 200 мм при толщине плиты h 150 мм. Расстояния между рабочими стержнями продольной арматуры, доводимыми до опоры, не должны быть более 400 мм, а площадь сечения этих стержней на 1 м ширины плиты должна быть не менее 1/3 площади сечения рабочих стержней в пролете. Рекомендуется соотношение между площадями сечения надопорной и пролетной арматуры 1. 2,5; значение 2,5 принимают для средних пролетов многопролетных плит.

В плитах с малой толщиной ограничивают применение ненапрягаемой арматуры (в тонких плитах с обычной арматурой могут быть недопустимые прогибы и раскрытие трещин). Плиты с высотой поперечного сечения 0,002-М). В целях снижения способности образования продольных трещин в торцах балок и наклонных трещин у опор целесообразно часть продольной арматуры располагать криволинейно, выводя ее на торец элемента равномерно по высоте. Угол наклона пучков или стержней, напрягаемых на бетон, принимают не более 30°, а радиус закругления:

а) для пучковой арматуры и канатов: при диаметре проволок в пучках до 5 мм и при диаметре канатов 6. 9 мм — не менее 4 м; при диаметре проволок в пучках 6. 8 мм и диаметре канатов 12. 15 мм — не менее 6 м;

б) для стержней арматуры: диаметром до 25 мм — не менее 15 м, диаметром 28. 40 мм — не менее 20 м. Оболочки из синтетических материалов вокруг арматуры уменьшают трение напрягаемой арматуры о стенки каналов, что позволяет принимать меньшие радиусы закругления при соответствующем экспериментальном обосновании.

Необходимы большие радиусы закругления, так как при меньших радиусах в напрягаемой арматуре возникают большие потери предварительного напряжения за счет ее трения о стенки каналов и смятия бетона под арматурой, увеличивается расход ненапрягаемой арматуры на местное армирование в местах ее искривления. На концевых участках предварительно напряженных элементов с арматурой без анкеров в пределах длины зоны передачи напряжений не допускается образование трещин при действии постоянных, длительных и кратковременных нагрузок, вводимых в расчет с коэффициентом надежности по нагрузке уf = 1. Это требование не учитывают при расчете элементов на действие усилия предварительного обжатия элемента, если в растянутой (от действия этого усилия) зоне его отсутствует напрягаемая арматура без анкеров.

В состав изгибаемых железобетонных элементов входят, помимо плит и балок перекрытий и покрытий, также плиты фундаментов, подпорные стены и многие другие конструкции. Плиты фундаментов во многом работают подобно плитам перекрытий, их схемы разрушения зачастую полностью подобны; но они имеют ряд особенностей, связанных с действующими нагрузками, с контактом с грунтом, и с геометрическими соотношениями.

Изгибаемые железобетонные элементы. Их виды, область применения

Структура расчетных формул по предельным состояниям первой и второй групп

Последовательность расчета элементов стальных конструкций по второй группе предельных состояний

Конструкции железобетонных плит и балок. Поперечное сечение, схема армирования

Конструкции плит и балок. Армирование элемента

Область применения

Наиболее распространенные изгибаемые элементы железобетонных конструкций—плиты и балки. Плитами называют плоские элементы, толщина которых значительно меньше длины и ширины. Балками называют линейные элементы, длина которых значительно больше поперечных размеров. Из плит и балок образуют многие железобетонные конструкции, чаще других — плоские перекрытия и покрытия, сборные и монолитные, а также сборно-монолитные. Плиты и балки могут быть однопролетными и многопролетными.

Плитные элементы в основном армируют сварными сетками. Стержни в сетках рабочей арматуры располагают вдоль пролета для того, чтобы арматура воспринимала растягивающие усилия. Расположение арматуры выполняется согласно эпюре моментов.

Рис. 1Армирование плит и эпюры моментов при равномерно распределенной нагрузке

а – однопролетная плита; б – многопролетная плита; 1 – стержни рабочей арматуры; 2 – стержни распределительной арматуры

Для многопролетных плит сетки укладывают в двух уровнях. В пролете укладывается нижняя сетка, в местах опор – верхняя сетка.

Стержни рабочей арматуры обычно принимают от 3 до 12 мм, располагая их на расстоянии друг от друга (шаг стержней) через 100 – 200 мм. Защитный слой бетона для рабочей арматуры должен быть не менее 10 мм, для толстых плит (толще 100 мм) – не менее 15 мм. Класс арматуры принимается А400С, а также проволоки Вр-I.

Для армирования балок в основном применяется сварные или вязанные каркасы. Балки могут быть прямоугольного, таврового, двутаврового и трапециевидного сечения.

Рис. 2 Формы поперечного сечения балок и схемы армирования

а—прямоугольная; б — тавровая; в — двутавровая; г — трапециевидная;

1 — продольные стержни; 2 — поперечная арматура

Высоту балок принимают пролета и назначают кратно 50 мм, если она не более 600мм, и кратно 100 мм при больших размерах. Ширину балок — высоты. Стержни рабочей арматуры укладываются согласно эпюре моментов в местах возникновения растягивающих напряжений.

Читать еще:  Пенополистиролбетон своими руками пропорции

В балках и плитах разрешается часть стержней не доводить до опор и обрывать в пролете в местах где арматура по расчету не требуется. Площадь рабочей арматуры должна быть не менее 0,05 % площади сечения бетона. В качестве рабочей продольной рабочей арматуры используется арматура периодического профиля класса А400С ∅12÷32. В балках шириной более 150 мм устанавливают не менее двух рабочих стержней. Эти стержни должны быть доведены до опор. В балках менее 150 мм допускается установка одного рабочего стержня. Для восприятия поперечной силы в сечении балки устанавливают поперечную арматуру. Она устанавливается по расчету или по конструктивным требованиям. Объединяя продольную рабочую арматуру и поперечную мы получаем плоские каркасы. Плоские каркасы м.б. сварными или вязаными. Объединение нескольких плоских каркасов монтажной арматурой получаем пространственный каркас. Вязанные пространственные каркасы получают при помощи хомутов. Хомуты м.б. разомкнутые и замкнутые.

Поперечную арматуру устанавливают всегда, даже если она не требуется по расчету. При высоте балок до 400 мм шаг поперечной арматуры принимается не более высоты сечения балки и не более 150 мм. Для балок высотой более 400 мм — шаг не более высоты балки и не более 500 мм.

Эти требования распространяются на приопорные участки длиной пролета балки при равномерно распределенной нагрузке, в остальных частях балки расстояние между поперечными стержнями принимается большим, но не более высоты балки и не более 500 мм

С целью экономии продольной арматуры часть стержней м. отогнуть и перевести с нижней зоны в верхнюю. Отгиб стержней выполняется по расчету на основе эпюры моментов

Защитный слой для балок принимается не менее 15 мм.

4 Изгибаемые элементы

ЛЕКЦИЯ № 4

Тема: изгибаемые элементы

4.1. Конструктивные особенности изгибаемых элементов.

Наиболее распространенные изгибаемые элементы железобетонных конструкций — плиты и балки. Балками называют линейные элементы, длина которых l значительно больше поперечных размеров h и b. Плитами называют плоские элементы, толщина которых h значительно меньше длины l и ширины b.

Плиты и балки могут быть однопролетными и многопролетными.

Рекомендуемые файлы

Рис.7.Схемы армирования плит : а – однопролетная; б – многопролетная монолитная плита.

Такие плиты деформируются подобно балочным конструкциям при различного рода нагрузках (балочные плиты), если значения этих нагрузок не изменяется в направлении, перпендикулярном пролету (плиты, опертые по контуру).

Армируют плиты сварными сетками. Сетки укладывают в плитах так, чтобы стержни их рабочей арматуры укладывались вдоль пролета и воспринимали растягивающие усилия, возникающие в конструкции при изгибе под нагрузкой, в соответствии с эпюрами изгибающих моментов. Поэтому сетки в плитах размещаются понизу, а в многопролетных плитах — также и поверху, над промежуточными опорами ,то есть в соответствии с эпюрой моментов.

Стержни рабочей арматуры принимают диаметром Æ(3¸10)мм, располагают их на расстоянии (с шагом) 100 ¸200 мм один от другого. Защитный слой бетона для рабочей арматуры принимают не менее 10мм, в особо толстых плитах (толщина 100мм) — не менее 15мм.

Поперечные стержни сеток (распределительную арматуру) устанавливают для обеспечения проектного положения рабочих стержней, уменьшения усадочных и температурных деформаций конструкций, распределения местного воздействия сосредоточенных нагрузок на большую площадь.

Армирование плит отдельными стержнями с вязкой их в сетки вручную с помощью вязальной проволоки применяют в отдельных случаях (плиты сложной конфигурации или с большим количеством проемов), когда стандартные сварные сетки не могут быть использованы.

балки могут быть прямоугольного, таврового, двутаврового и трапециевидного сечения.

Высота балок h колеблется в широких пределах; она составляет 1/10 ¸1/20 часть пролета в зависимости от нагрузки и типа конструкции. В целях унификации высоту балок назначают кратной 50 мм, если она не более 500 мм, и кратной 100 мм — при больших размерах.

Ширину прямоугольных поперечных сечений b принимают в пределах(0.3 ¸0.5) h.

Рис. 8. Схема армирования сечения железобетонных балок:

аl — защитный слой бетона для рабочей продольной арматуры; принимается :

n не менее 20 мм при h³250 мм

n не менее 15 мм при h ’ — расстояние в свету между стержнями продольной арматуры; принимается :

n не менее диаметра

n не менее 30 мм

а2 — расстояние в свету между рядами стержней продольной арматуры; принимается :

n не менее диаметра

n не менее 25 мм.

Продольную рабочую арматуру укладывают согласно эпюрам изгибающих моментов в растянутых зонах. Для экономии стали часть продольных арматурных стержней можно не доводить до опор и обрывать в пролете там, где они по расчету не требуются.

Насыщенность сечения рабочей продольной арматурой оценивается коэффициентом армирования m = (As ¤ Ab)×100%. (Здесь Ab – площадь поперечного сечения бетона конструкции с учетом рабочей высоты h ) . Площадь сечения продольной рабочей арматуры для прямоугольных сечений шириной b, высотой h должна составлять не менее m = Аs/bh = 0.05%. Оптимальным для балок является насыщенность рабочей продольной арматурой в пределах mопт = (1 ¸ 2) %, для плит . mопт = (0.3¸0.8)%.

В балках шириной более 150 мм должно быть не менее двух доводимых до опоры продольных стержней. Если ширина до 150 мм — допускается установка 1 стержня.

В железобетонных балках одновременно с изгибающими моментами действуют поперечные силы, необходимо устанавливать поперечную арматуру. Ее количество определяют из расчета наклонных сечений и по конструктивным соображениям.

Продольную и поперечную арматуру объединяют в сварные каркасы, а при отсутствии сварочных машин — в вязанные. Плоские сварные каркасы объединяют в пространственные с помощью горизонтальных поперечных стержней через 1 — 1.5 м.

По расчетно-конструктивным условиям расстояние в продольном направлении между поперечными стержнями: в балках высотой до 400 мм — не более h/2, но не более 150 мм, в балках высотой h > 400мм — не более h/3, но не более 500мм. Это требование относится к приопорным участкам балок протяженностью ³ 1/4L при равномерно распределенной нагрузке. При сосредоточенной нагрузке — на протяжении от опоры до ближайшего груза, но не менее 1/4L. В остальной части элемента расстояние между хомутами может быть больше, но не более 3/4h и не более 500мм. При высоте менее 150 мм поперечную арматуру можно не применять, если она не требуется по расчету.

В балках высотой более 700мм у боковых граней ставят дополнительные продольные стержни на расстоянии по высоте не более чем через 400мм. Эти стержни вместе с поперечной арматурой сдерживают раскрытие наклонных трещин на боковых гранях балок.

В балках пролетом 9м и более целесообразно применение предварительно напрягаемой арматуры для обеспечения необходимой трещиностойкости и жесткости.

Принципы армирования.

Стержни рабочей арматуры принимают диаметром 3. 10мм, располагают их на расстоянии (с шагом) 100. 200 мм одна от другого. Защитный слой бетона для рабочей арматуры принимают не менее 10 мм, в особо толстых плитах (толще 100 мм) — не менее 15 мм.

Поперечные стержни сеток_ (распределительную арматуру) устанавливают для обеспечения проектного положения рабочих стержней, уменьшения усадочных и температурных деформаций конструкции, распределения местного воздействия сосредоточенных нагрузок на большую площадь. Общее сечение поперечных стержней принимают не менее 10% сечения рабочей арматуры, размещенной в месте наибольшего изгибающего момента; располагают их с шагом 250. 300 мм, но не реже чем через 350 мм.

Армирование плит отдельными стержнями с вязкой их в сетки вручную с помощью вязальной проволоки при меняют в отдельных случаях (плиты сложной конфигурации в плане или с большим числом отверстий и т. д.), когда стандартные сварные сетки не могут быть использованы.

Рис.1.3.1.Схемы перекрытий из железобетонных элементов: а- сборное; б — монолитное; 1 — плиты; 2 – балки.

Рис.1.3.2. Однопролетная (а) и многопролетная (б) плиты при действии равномерно распределенной нагрузки:1 — стержни рабочей арматуры; 2 — стержни распределительной арматуры.

Рис.1.3.3.Поперечное сечение балок и схемы армирования: а- прямоугольное;б- тавровое; в- двутавровое; г- трапециевидное: 1- продольные стержни; 2- поперечная арматура.

Продольную рабочую арматуру в балках (как и в плитах) укладывают согласно эпюрам изгибающих моментов в растянутых зонах, где она должна воспринимать продольные растягивающие усилия, возникающие при изгибе конструкции под действием нагрузок. Для экономии стали часть продольных арматурных стержней можно не доводить до опор и обрывать в пролете там, где они по расчету на восприятие изгибающего, момента не требуются. Площадь сечения продольной рабочей арматуры Asв изгибаемых элементах должна определяться расчетом, но составлять не менее μ=0,05% площади сечения элемента с размерамиbи ho. Для продольного армирования балок обычно применяют стержни периодического профиля (реже гладкие) 12. 32 мм.

Рис.1.3.4.Размещение арматуры в поперечном сечении балок: аL— защитный слой бетона для рабочей арматуры; аw— то же для поперечной арматуры; d- наибольший диаметр рабочих стержней; а1— расстояние в свету между нижними (при бетонировании) продольными стержнями; а1-то же, между верхними (при бетонировании) стержнями; а2— расстояние в свету между рядами продольных стержней.

Рис.1.3.5.Схемы армирования балок сварными каркасами (а) и вязаной арматурой (б): 1 — продольные рабочие стержни (стержни второго ряда не доведены до опор); 2- поперечные стержни каркасов; 3- продольные монтажные стержни; 4- поперечные соединительные стержни; 5- рабочие стержни с отгибами; 6- хомуты вязаных каркасов.

44. Расчет изгибаемых железобетонных элементов на прочность по сечениям, наклонным к продольной оси элемента. Алгоритм расчета по полосе между наклонными сечениями и на действие изгибающего момента по наклонному сечению. Конструирование.

Процент армирования конструкций из железобетона

Арматурный каркас является необходимой частью в железобетонных конструкциях. Цель его использования — усиление и повышение прочности бетонных изделий. Арматурный каркас изготавливается из стальных прутьев или готовой металлической сетки. Необходимое количество усиления рассчитывается с учетом возможных нагрузок и воздействий на изделие. Расчетная арматура называется рабочей. При укреплении в конструктивных или технологических целях производится монтажное армирование. Чаще используются оба типа для обеспечения более равномерного распределения усилий между отдельными элементами арматурного каркаса. Арматура выдерживает нагрузку от усадки, колебаний температур и прочих воздействий.

Армирование бетона

Прочность на излом, повышенная надежность являются основными характеристиками, которым наделяется железобетонная конструкция при армировании. Стальной каркас многократно усиливает выносливость материала, расширяя область его применения. Горячекатаная сталь используется для армирования в железобетоне. Она наделена максимальной стойкостью к негативным воздействиям и коррозии.

Сваренный скелет из арматуры размещается внутри бетона. Однако недостаточно просто поместить его туда. Чтобы армирование выполняло свое назначение, требуются специальный расчет усиления бетона, соответствующий минимальному и максимальному проценту.

Минимальный армирующий процент

Под предельно минимальным армирующим процентом принято понимать степень преобразования бетона в железобетон. Недостаточная величина этого параметра не дает права считать изделие усиленным до ЖБИ. Это будет простым упрочнением конструкционного типа. Площади сечения бетонного изделия учитываются в минимальном проценте усиления при использовании продольного армирования в обязательном порядке:

  1. Усиление прутьями будет соответствовать 0,05 процентам от площади разреза изделия из бетона. Это актуально для объектов с внецентренно изгибаемыми и растянутыми нагрузками, когда оказывается продольное давление за пределами действительной высоты.
  2. Армирование прутьями равно не менее 0,06 процентам, когда давление во внецентренно растянутых изделиях осуществляется на пространство между армирующими прутьями.
  3. Упрочнение будет составлять 0,1—0,25 процента, если железобетонные материалы усиливаются во внецентренно сжатых частях, то есть между арматурами.

При расположении продольного усиления по периметру сечения, то есть равномерно, степень армирования должна равняться величинам, вдвое большим указанных для всех перечисленных выше случаев. Это правило аналогично и для усиления центрально-растянутых изделий.

Максимальный армирующий процент

При армировании нельзя укреплять бетонную конструкцию слишком большим количеством прутьев. Это приведет к существенному ухудшению технических показателей железобетонного материала. ГОСТ предлагает определенные нормативы максимального процента армирования.

Максимально допустимая величина усиления, вне зависимости от марки бетона и типа арматуры, не должна превышать пяти процентов. Речь идет о расположении в разрез сечения изделия с колоннами. Для других изделий допускается максимально четыре процента. При заливке арматурного каркаса, бетонный раствор должен проходить сквозь каждый отдельный конструкционный элемент.

Защитный слой бетона

Для защиты арматуры от коррозии, влаги и прочих неблагоприятных внешний воздействий, бетон должен полностью покрывать стальной каркас. Толщина бетонного пласта над металлическим скелетом в монолитных стенах более 10 см должна составлять максимально 1,5 см. Для плит толщиной до 10 см величина слоя составляет 1 см. Если речь идет о 25-сантиметровых ребрах, слой бетона должен достигать 2 см. При армировании балок до 25 см пласт цементного раствора равен 1,5 см, но для балок в фундаментах — 3 см. Для колонн стандартных размеров следует заливать бетон слоем более 2 см.

Что касается фундаментов, то для монолитных конструкций с прослойкой из цемента требуемая толщина слоя над арматурным каркасом составляет 3,5 см. При обустройстве сборных основ — 3 см. Монолитные базы без подушки требуют 7-сантиметровый слой бетона над скелетом из арматуры. При использовании толстых защитных слоев бетона рекомендуется проводить дополнительное усиление. Для этого используется стальная проволока, вязанная в виде сетки.

При дальнейшей обработке железобетонных конструкций алмазными кругами важно учитывать расположение каждого армирующего элемента и структуру его скелета. Это особенно касается процессов сверления отверстий в железобетоне и его резки. Такая обработка материалов может снизить потенциальную прочность изделия. Когда железобетон демонтируется полностью, учет перечисленных выше требований не производится.

Заключение

Индивидуальное строительство немыслимо без использования бетонных растворов. Для повышения надежности и прочности возводимых конструкций армирование является важным условием.

При наличии базовых знаний и опытных помощников усиление бетонных объектов не составит труда. В этом деле важно выполнять требования и следовать правилам расположения арматуры. Только так можно получить гарантированно долговечные и надежные железобетонные конструкции.

Расчет железобетонных балок прямоугольного сечения с одиночным армированием по прочности нормального сечения

Презентация по теме 1.6 Проектирование строительных конструкций, ПМ 01 Участие в проектировании зданий и сооружений.

Просмотр содержимого документа
«Расчет железобетонных балок прямоугольного сечения с одиночным армированием по прочности нормального сечения»

Расчет железобетонных балок прямоугольного сечения с одиночным армированием по прочности нормального сечения

Преподаватель ГБУ КО ПОО «КИТиС» А.Н.Панина

Различают 2 расчетных случая

Расчетная схема прочности нормальных сечений изгибаемых элементов (общий случай)

  • Рассмотрим элемент прямоугольной формы. В общем случае элемент армируется предварительно напряженной ( Asp и A’sp ) и ненапрягаемой ( As и A’s ) арматурой в растянутой ( Asp, As ) и в сжатой зонах ( A’sp , A’s )

Расчет элементов прямоугольного профиля с одиночной арматурой

К элементам с одиночной арматурой относятся элементы, у которых рабочая (расчетная) арматура располагается только в растянутой зоне.

  • 1.Определяем расчетное сопротивление бетона осевому сжатию (СП 52-101-2003 Бетонные и железобетонные конструкции без предварительного напряжения арматуры), по классу бетона, при расчете необходимо учесть коэффициент — условий работы бетона, тогда:
  • 2.Определяем расчетную высоту сечения, по формуле:
  • где: -высота сечения, см;
  • a -расстояние, от центра тяжести рабочего стержня до крайнего нижнего волокна бетона, cм (2 …3 см).
  • 3.Определением коэффициент α , по формуле:
  • где: -ширина сечения, см;
  • α R -если условие выполняется, следовательно армирование одиночное, если не выполняется – двойное ( αR — граничный коэффициент, зависит от класса арматуры, коэффициента и класса бетона).
  • 4.Производим расчет площади поперечного сечения рабочей арматуры, по формуле:
  • где: -коэффициент зависящий от α , определяется по таблице;
  • Rs -расчетное сопротивление арматуры осевому растяжению (СП 52-101-2003 Бетонные и железобетонные конструкции без предварительного напряжения арматуры), кН/см 2 ;
  • 5.По значению As , по сортаменту, определяем диаметр и количество стержней, конструктивно устанавливая их в элементе в зависимости от ширины сечения.

При расчете элементов с одиночным армированием встречаются задачи трех типов

  • Задача типа1.По заданному изгибающему моментуМот расчетных нагрузок, известным размерам поперечного сечения элементаbиh, при известных классах бетона и арматуры и условиях работы конструкции требуется определить площадь рабочей арматурыАs(Аsр).
  • Задача типа2. По заданному расчетному изгибающему моментуМ, известным видам и классам материалов и условиям работы конструкции подобрать сечение элемента (bиh) и рабочую арматуруАs.

  • Задача типа3.При всех известных данных: размерах сеченияэлемента, видах и классах материалов, количества и диаметров стержней рабочей арматуры требуется определить несущую способностьэлемента.

Блок-схема определения площади сечения ненапрягаемой арматуры в изгибаемых элементах прямоугольного сечения из условия прочности нормальных сечений (тип1)

Блок-схема проверки прочности нормальных сечений изгибаемых элементов прямоугольного сечения с одиночной ненапрягаемой арматурой (тип3)

Вопросы для закрепления

1.Что учитывает коэффициент условий работы бетона γ b 1?

2. Какие классы арматурной стали вы знаете?

3. Каковы условия применения арматуры в конструкциях?

4. Что учитывает коэффициент условия работы арматуры γ s 3?

5. Что такое защитный слой бетона, как он определяется?

6.Что такое рабочая высота сечения и как она определяется?

7. Какой метод расчета используется для расчета железобетонных конструкций?

8. Каковы основы расчета прочности нормальных сечений изгибаемых элементов с одиночным армированием? Приведите схему действующих усилий в сечении.

  • Решить задачу:

Подобрать одиночную арматуру в изгибаемом элементе. Геометрические размеры изгибаемого железобетонного элемента: b =200мм, h =500мм. Характеристики бетона и арматуры. Бетон тяжелый, класса В25, Rb 14.5 МПа . Продольная рабочая арматура класса А-400, Rs 355 МПа . Изгибающий момент M =159,9кН*м .

Особенности армирования ж/б балок

Предприятия, производящие железобетонные изделия, выпускают широкую номенклатуру продукции. Не всегда стандартные изделия можно использовать при реализации проекта конкретной постройки. Наверняка многие обращали внимание на строителей, размещающих в опалубке стальную арматуру. Все понимают, что стальные прутки обеспечивают высокие прочностные характеристики железобетонной балки.

Однако правильно определить диаметр прутков, их количество могут только специалисты, владеющие расчетной методикой. Для большинства обывателей, не сталкивавшихся с методологией выполнения расчёта балок прямоугольного сечения, этот процесс остается загадкой.

Арматурный стержень воспринимает значительные нагрузки на растяжение, но неустойчив к сжатию и изгибу.

Серьезной строительной задачей является выполнение расчёта армирования. Потребность в этом возникает при выполнении строительных мероприятий в частной застройке. Можно, конечно, обратиться к профессионалам или использовать специальные программные средства. Но, к сожалению, такая возможность не всегда имеется, поэтому рекомендуем ознакомиться с представленными в материале рекомендациями. Уверены, они помогут вам принять правильное решение, осуществляя армирование балок.

Разновидности балок

Что представляет собой конструкция железобетонной балки? Каковы отличия по способу установки и форме сечения?

Балка – изготовленный из бетона и армированный стальными прутками элемент, работающий в составе строительной конструкции и воспринимающий силовые нагрузки. Такие строительные конструкции еще называют ригелями или прогонами. В зависимости от метода установки они могут быть:

  • Монолитными элементами, представляющими собой свободно расположенные или защемленные с одной или двух сторон однопролетные конструкции.
  • Комбинированными (сборно-монолитными) конструкциями, в том числе консольными.
  • Сборными, состоящими из отдельных частей, входящих в состав общей многопролетной конструкции.

Цельные армированные балки используются при строительстве как элементы фундаментов и перекрытий.

Сечение элементов различное и может иметь прямоугольную форму, представлять трапецию, тавр, двутавр или другие виды. Согласно строительным нормам, ширина сечения принимается равной 5 сантиметрам и представляет собой цифровой ряд, начиная от 100 мм, и заканчивая 250 мм. Высота изделия соответственно изменяется.

Комбинация арматурных стержней и бетона даёт комбинацию их свойств

Основные задачи усиления

Обсуждая вопрос усиления железобетонных конструкций прямоугольного профиля, остановимся отдельно на терминологии. В специализированных строительных источниках процесс повышения прочности бетонных конструкций, связанный с установкой арматуры, называется армированием ЖБ изделий. Что обозначают буквы аббревиатуры? Ответим:

  • Ж – сокращённое обозначение наличия в конструкции железных (стальных) арматурных стержней или сетчатых каркасов, способствующих увеличению прочностных характеристик.
  • Б – характеризует материал бетон, массив которого усилен закладными элементами.

Основными задачами усиления железобетонных балочных элементов являются:

  • Обеспечение высокой несущей способности изделий.
  • Повышение прочностных характеристик.
  • Противодействие разрушению.
  • Увеличение устойчивости к восприятию повышенных нагрузок.

Решение поставленных задач по обеспечению прочности осуществляется путем армирования и реализации специальных методов, направленных на:

  • оценку прочностных характеристик;
  • проверку выносливости бетонной опоры под воздействием многократных циклов нагружения;
  • контроль устойчивости железобетонной балки, сохранения ее целостности и расположения.

Большинство заводских изделий производится с использованием предварительно напряжённой арматуры

Назначение расчетов

Расчёт позволяет определить площадь элементов усиления, в зависимости от заданных усилий, или несущую способность, согласно фактическим размерам применяемых прутков. В частности, выполнение предварительных расчетов помогает определить:

  • Размер прутков в диаметре.
  • Длину элементов.
  • Характер расположения в изделии.

Для определения оптимального варианта армирования конкретной бетонной балки учитывайте следующие параметры:

  • геометрические размеры изделия (длина, ширина, высота);
  • толщину защитного слоя, характеризующую расстояние от арматуры до внешней плоскости бетонной поверхности;
  • величину распределенной или точечной нагрузки.

Принципы армирования

Усиление бетонных конструкций производится с использованием следующих элементов:

  • Отдельных стальных арматурных стержней.
  • Металлических каркасов.
  • Стальных сеток.

В высотных зданиях арматурный каркас служит основой всей конструкции

В процессе армирования прутки могут устанавливаться как в растянутых участках бетонной балки, так и в сжатых. Специфика применения опор при выполнении строительных работ позволяет отнести их к изгибаемым элементам, в которых под воздействием прилагаемых усилий возникает растянутая зона, сжатый участок, так как действует изгибающий момент и поперечные усилия.

Армирование балок осуществляется стержнями, расположенными продольно и поперечно. В зависимости от направления приложения сил, верхний и нижний арматурные прутки каркаса могут быть как растянутыми, так и сжатыми.

Рассмотрим основные части горизонтального каркаса усиления, находящегося под воздействием приложенных вертикальных усилий. Он состоит из следующих элементов:

  • расположенных в верхней части каркаса стержней, находящихся в сжатом состоянии;
  • находящихся внизу прутков, растягивающихся под воздействием нагрузок и упрочняющих бетонную балку;
  • поперечных элементов, обеспечивающих прочность прямоугольного сечения;
  • распределительной арматуры, связывающей элементы единым контуром.

Требования к арматуре

К поверхности элементов усиления предъявляется комплекс специальных требований.

При армировании ребра плоскими сварными каркасами стержни сваривают между

  • Обезжирьте прутки.
  • Очистите стержни от грязи, краски и неметаллических покрытий.
  • Освободите поверхность от отслаивающегося налета ржавчины, используя металлическую щетку.

Бытует мнение о целесообразности увлажнения арматурных стержней водой за неделю до укладки и бетонирования. В результате она покроется ржавчиной, и к ней сильней будет прилипать раствор бетона. Специалисты подтверждают, что присутствующая на поверхности прутков ржавчина, не имеющая отслоений, увеличивает коэффициент сцепления арматуры с раствором. Прутки с ржавой поверхностью эффективнее склеиваются бетонным составом, но, при этом, ржавых отслоений не допускается.

Стальные стержни, имеющие переменный профиль, обладают 3-кратным запасом сопротивления выдергиванию по сравнению с гладкой арматурой.

Особенности усиления

Усиление арматурными стержнями осуществляют с применением продольных и поперечных прутков арматуры с последующей сваркой или вязкой. Выполняя вязку каркасов, применяйте арматуру с Г-образным изгибами.

Производя армирование балок, соблюдайте следующие требования:

  • применяйте прутки диаметром более 10 миллиметров для продольного армирования;
  • используйте в качестве ненапрягаемых арматурных прутков стальные стержни, диаметром не менее 12 мм, для вязаных каркасов, предназначенных для опор, высотой более 40 сантиметров;
  • обеспечьте интервал между продольными силовыми элементами каркаса не меньше 25 миллиметров – для стержней нижнего уровня, и 30 мм – для прутков верхнего слоя.

Как правило, из железобетона устраивают два вида элементов — балки и плиты

В зависимости от изменения класса бетона, из которого изготавливаются изделия, изменяется диаметр продольных прутков. Для арматуры, имеющей прочность 500 МПа, ее размер в диаметре должен быть:

  • 16 мм – для легкого бетона класса В12.5 и ниже.
  • 25 мм – при армировании массива класса В15-В25.
  • 32 мм – при усилении состава категории В30 и выше.

Если выполняется усиление балок из ячеистых составов класса ниже В10, допускается уменьшение диаметра продольно расположенных прутков – меньше 16 миллиметров.

Выполнение отгибов

К местам стыков и расположения отгибов стержней предъявляются специальные требования, так как они определяют прочностные характеристики. Определяя место загиба прутка, соблюдайте рекомендации:

  • выдерживайте величину интервала от загиба до внешней поверхности (не более 50 миллиметров);
  • не применяйте короткие прутки, имеющие один наклонный участок и свободно расположенные в каркасе («плавающие» стержни);
  • обеспечьте величину угла изгиба к оси изделия на уровне 45 градусов. Допускается увеличение для высоких конструкций (более 80 см высотой) значения угла до 60 градусов, а для низких, работающих при точечных усилиях, уменьшение до 30 градусов;

При размещении отгибов надо следить, чтобы на участке, где их ставят по расчету, в любом сечении, нормальном к оси балки, был по крайней мере один отгиб

  • производите отгиб на одном продольном прутке в каждой из плоскостей каркаса изделия, имеющего ширину меньше 20 сантиметров. При увеличении ширины изделия загните не менее 2-х прутков в каждой плоскости;
  • располагайте отогнутые части стержней симметрично относительно оси;
  • определяйте расчётным путём интервал между наклонными участками прутков, расположенных в разных плоскостях каркаса.

Специфика поперечного армирования

Производя поперечное усиление каркаса, выполняйте следующие требования:

  • Применяйте вертикальные элементы усиления, если высота балки составляет более 15 сантиметров.
  • Не устанавливайте поперечную арматуру, если высота меньше 15 сантиметров.
  • При наличии одного продольного стержня арматуры или сварной сетки, строительные нормы допускают отсутствие поперечных прутков.
  • Вычисляйте расчетным методом, учитывающим особенности сварки каркаса, значение диаметра расположенных в поперечной плоскости стержней.

Соблюдение величины защитного слоя

Выдерживание необходимого значения защитного слоя, представляющего собой интервал от арматуры до внешней поверхности изделия, позволяет предохранить каркас от проникновения влаги и обеспечить оптимальный режим работы в бетонном массиве. Кроме того, защитный слой определяет огнестойкость конструкции.

Для балок, предназначенных для установки в фундаментах и сборных конструкциях, значение не должно быть меньше диаметра арматуры и составляет 30 миллиметров.

Фиксированный размер величины слоя обеспечивается путем применения специальных подкладок и пластиковых фиксаторов, обеспечивающих неподвижность каркаса и необходимое положение при заливке бетона. Если бетонные изделия имеют сечение меньше 250 мм, то размер защитного слоя для поперечного армирования составляет один сантиметр. При большем размере сечения достаточно полтора сантиметра для обеспечения защитного интервала.

Ошибки при усилении

В процессе армирования бетонных конструкций имеют место нарушения технологии армирования, вызывающие снижение прочности бетонных изделий. Выполняя работы, обратите внимание на следующие моменты:

  • Не допускается применять вместо рабочей арматуры трубы изделия из алюминия, отходы промышленного производства, проволоку и некондиционный металл произвольной конфигурации. Применение указанных материалов, не обладающих необходимыми эксплуатационными характеристиками, вызовет деформацию бетона и его растрескивание.
  • Запрещается нагревать участки загибов автогеном, применять болгарку, надпиливая деформируемые участки. Это вызывает ослабление стержней и приведет к непоправимым последствиям под воздействием усилий. Все операции по загибу прутков производятся без искусственного нагрева.
  • Прутки усиления класса А-III сгибаются на угол не более 90 градусов с применением специальной оправки, радиус которой равен 5-кратному размеру сечения арматуры. Выполнение загиба на развернутый угол (180 градусов) уменьшает прочность конструкции на 10 процентов.

Итоги

Соблюдение изложенных рекомендаций по усилению бетонных изделий обеспечит прочностные характеристики конструкции, их эксплуатацию на протяжении длительного времени.

Принцип армирования изгибаемых железобетонных элементов

135. Для чего во внецентренно сжатых элементах устанавливают поперечную арматуру?

Устанавливают, как правило, не для восприятия поперечной силы (обычно прочности самого бетона для этого вполне достаточно), а для того, чтобы обеспечить устойчивость продольной арматуры. Под влиянием поперечных деформаций бетона продольные стержни искривляются наружу (выпучиваются), отрывают защитный слой и теряют устойчивость задолго до исчерпания своей прочности (рис. 68). Поперечные стержни препятствуют этому процессу. Их ставят с шагом s не более 15ds (ds — наименьший диаметр продольных стержней). Минимальные диаметры поперечных стержней назначают по условиям сварки: dsw ³ ds /3. Указанные требования, кстати, обязательны и для сжатой продольной арматуры изгибаемых элементов.

Поперечные стержни также сдерживают поперечные деформации бетона и, тем самым, несколько повышают его прочность на сжатие. Однако намного эффективнее в этом отношении косвенное армирование (см. вопрос 137).

136. Как обеспечивается устойчивость внецентренно сжатого элемента?

При внецентренном сжатии элемент искривляется, первоначальный эксцентриситет ео увеличивается, а вместе с ним растет и момент М от внешней нагрузки. Причем, чем больше доля постоянной и длительной нагрузки, тем больше деформации ползучести наиболее сжатых волокон, тем больше элемент искривляется, тем больше растет ео.

Учитывают это коэффициентом h =1/(1— N/Ncr), на который умножают ео (рис. 69). В приведенном выражении N — продольная сила от внешней нагрузки, Ncr — критическая сила, определяемая по формулам Норм проектирования. Она зависит от расчетной длины элемента, размеров сечения, величины эксцентриситета, доли постоянной и длительной нагрузки и др. Коэффициент h можно не учитывать, если гибкость элементаl = lo/i &#8804 14 (для прямоугольного сечения lo/h &#8804 4), где i — радиус инерции, h — высота сечения, lo — расчетная длина. Таким образом, условие устойчивости после корректировки величины ео сохраняет вид условия прочности.

137. Как быть, если прочность сжатого элемента недостаточна, а сечение увеличивать нельзя?

Если все пути (увеличение армирования, повышение прочности бетона) исчерпаны, можно применить или жесткое, или косвенное армирование. Жесткая арматура — это стальной сердечник сварного сечения или из прокатного двутавра. Вокруг сердечника по периметру сечения нужно обязательно устанавливать продольную гибкую арматуру с поперечной, соблюдая рекомендации о максимальном суммарном проценте армированияmmax= 15 %.

Косвенная арматура в виде поперечных сварных сеток или спиралей, охватывающих снаружи продольные стержни, препятствует поперечному расширению бетона и повышает его сопротивление продольному сжатию (см. вопрос 8). Разрушение элемента происходит, когда косвенная арматура достигает предела текучести. Следует, однако, помнить, что сетки косвенного армирования затрудняют укладку и уплотнение бетона. Кроме того, косвенное армирование эффективно только при малых эксцентриситетах и при небольшой гибкости элементов.

138. Как рассчитывают на сжатие бетонные сечения?

Принцип расчета основан на двух условиях равновесия: усилие от внешней нагрузки N и равнодействующая внутренних усилий в бетоне Nb должны быть равны по величине и расположены вдоль одной оси. При этом криволинейную эпюру напряжений в сжатой зоне (см. вопрос 4) заменяют на равновеликую прямоугольную. Тогда условие прочности имеет вид: N &#8804 aRbAb, где Ab – площадь сжатой зоны, центр тяжести которой совпадает с точкой приложения силы N (рис. 70,а), a – коэффициент, учитывающий вид бетона (для тяжелого бетона a = 1). Таким образом, расчет сводится к определению площади Ab при известном положении ее центра тяжести.

В общем виде задача решается через равенство статических моментов Si частей площади Ab, лежащих по обе стороны от ее центра тяжести. Для прямоугольного сечения Ab = bx, гдеx = h – 2e0. Для таврового сечения нужно учитывать положение ц.т. Ab (в полке или в стенке). В примере, показанном на рис. 70,б, Ab можно определить, разделив сжатую зону на три части и подсчитав статические моменты площади каждой части относительно ц.т. Ab. Тогда S1 = S2 + S3, или b´f(h1)2/2 = b´f(h2)2/2 + bh3 (h2+ + h3 /2), где h1 = y – e0,h2 = h´f – h1, h3 – искомая величина. Найдя h3, получим Ab = b´f h´f + bh3. Если прочность недостаточна, то следует увеличить либо Rb, либо размеры сечения(с увеличением размеров увеличивается Ab).

Как и для железобетонных элементов, к эксцентриситету, полученному из статического расчета, добавляется случайный эксцентриситет ea, а продольный изгиб учитывается умножением e0 на коэффициент h (см. вопрос 136). Величина эксцентриситета e0h не должна превышать 0,9у, где y – расстояние от центра тяжести сечения до крайнего сжатого волокна.В ряде случаев (некоторые конструкции гидротехнических и др. специальных сооружений, карнизы, парапеты) прочность бетонных сечений исчерпывается прочностью растянутой зоны. Поэтому расчет прочности таких конструкций сводится к расчету по образованию трещин (см. вопрос 158).

139. Почему при внецентренном сжатии площадь сжатой зоны в бетонном сечении не определяют так, как в железобетонном?

Если определять из условия Ab = N/Rb, то площадь сжатой зоны будет зависеть только от величины N и не зависеть от точки приложения последней. А это приведет к тому, что ось равнодействующей внутренних усилий в бетоне Nb не будет совпадать с осью силы N, т.е. равновесие не будет обеспечено. Хорошо было бы метод расчета бетонных сечений перенести и на железобетонные, тогда не возникало бы абсурдной ситуации, изложенной в ответе 128. Однако практически осуществить это трудно, поскольку появляется еще одна неизвестная и расчет резко усложняется, особенно для случая малых эксцентриситетов.

140. Что такое местное сжатие (смятие)?

Это приложение нагрузки не по всей площади поперечного сечения, а только по ее части, что более опасно, так как вызывает высокую концентрацию напряжений в бетоне, приводит к образованию местных трещин и преждевременному разрушению (рис. 71).

Рассчитывают прочность из условия N &#8804 YRb,locAloc1, где Rb,loc — расчетное сопротивление бетона смятию, Аloc1 — площадь смятия,Y — коэффициент, зависящий от равномерности приложения силы N по площади смятия и учитывающий, по существу, полноту эпюры давления. При равно- мерном распределении нагрузки (прямоугольной эпюре давления) Y =1, при неравномерном (под опорами балок, перемычек и т.п. элементов) – Y = 0,75. Незагруженная часть бетона сдерживает поперечные деформации смятия, играет роль обоймы, поэтому Rb,loc > Rb. Значение Rb,loc определяется по формуле: Rb,loc = Rb , где Аloc2 – расчетная площадь смятия, включающая Аloc1 и окружающие ее участки. Величина Аloc2 зависит от схемы приложения нагрузки (схемы приведены в Нормах).

  • 1 |
  • 2 |
  • 3 |
  • 4 |
  • 5 |
  • 6 |
  • 7 |
  • 8 |
  • 9 |
  • 10 |
  • 11 |
  • 12 |
  • 13 |
  • 14 |
  • 15 |
  • 16 |
  • 17 |
  • 18 |
  • 19 |
  • 20 |
  • 21 |
  • 22 |
  • 23 |
  • 24 |
  • 25 |
  • 26 |
  • 27 |
  • 28 |
  • 29 |
  • 30 |
  • 31 |
  • 32 |
  • 33 |
  • 34 |
  • 35 |
  • 36 |
  • 37 |
  • 38

Для кого выпускается наша продукция и меры ее эксплуатации.

Принцип армирования изгибаемых железобетонных элементов

Наиболее распространенные изгибаемые элементы железобетонных конструкций — плиты и балки. Плитами называют плоские элементы, толщина которых значительно меньше длины и ширины. Балками называют линейные элементы, длина которых значительно больше поперечных размеров А и B. Из плит и балок образуют многие железобетонные конструкции, чаще других — плоские перекрытия и покрытия, сборные и монолитные, а также сборно-монолитные.
Плиты и балки могут быть однопролетными и многопролетными.
Плиты в монолитных конструкциях делают толщиной 50—100 мм, в сборных — возможно тоньше.
Такие плиты деформируются подобно балочным конструкциям при различного рода нагрузках, если значение их не изменяется в направлении, перпендикуляриом пролету.
Армируют плиты сварными сетками. Сетки укладывают в плитах так, чтобы стержни их рабочей арматуры располагались вдоль пролета и воспринимали растягивающие усилия, возникающие в конструкции при изгибе под нагрузкой, в соответствии с эпюрами изгибающих моментов. Поэтому в пролетах плит сетки размещают понизу, а в многопролетных плитах — также и поверху, над промежуточными опорами.
Стержни рабочей арматуры принимают диаметром 3—10 мм, располагают их на расстоянии (с шагом) 100—200 мм один от другого.
Защитный слой бетона для рабочей арматуры принимают не менее 10 мм, в особо толстых плитах (толще 100 мм) не менее 15 мм.
Поперечные стержни сеток (распределительную арматуру) устанавливают для обеспечения проектного положения рабочих стержней, уменьшения усадочных и температурных деформаций конструкций, распределения местного воздействия сосредоточенных нагрузок на большую площадь. Поперечные стержни принимают меньшего диаметра общим сечением не менее 10 % сечения рабочей арматуры, поставленной в месте наибольшего изгибающего момента; размещают их с шагом 250—300 мм, но не реже чем через 350 мм.
Армирование плит отдельными стержнями с вязкой их в сетки вручную с помощью вязальной проволоки применяют в отдельных случаях (плиты сложной конфигурации в плане или с большим числом отверстий и т. д.), когда стандартные сварные сетки не могут быть использованы.
Железобетонные балки могут быть прямоугольного, таврового, двутаврового, трапециевидного сечения.
Высота балок А колеблется в широких пределах; она составляет 1/10 часть пролета в зависимости от нагрузки и типа конструкции. В целях унификации высота балок назначается кратной 50 мм, если она не более 600 мм, и кратной 100 мм при больших размерах, из них предпочтительнее размеры, кратные 100 мм до высоты 800 мм, затем высоты 1000, 1200 мм и далее кратные 300. Ширину прямоугольных поперечных сечений принимают в пределах (0,3—0,5) h, а именно 100, 120, 150, 200, 220, 250 мм и далее кратной 50 мм, из них предпочтительнее размеры 150, 200 мм и далее кратные 100.
Для снижения расхода бетона ширину балок назначают наименьшей. В поперечном сечении балки рабочую арматуру размещают в растянутой зоне сечения в один или два ряда с такими зазорами, которые допускали бы плотную укладку бетона без пустот и каверн. Расстояние в свету между стержнями продольной арматуры, ненапрягаемой или напрягаемой с натяжением на упоры, должно приниматься не менее большего диаметра стержней, а также для нижних горизонтальных (при бетонировании) стержней не менее 25 мм и для верхних стержней не менее 30 мм; если нижняя арматура расположена более чем в два ряда, то горизонтальное расстояние между стержнями в третьем (снизу) и выше расположенных рядах принимается не менее 50 мм.
В стесненных условиях стержни можно располагать попарно без зазоров. Расстояние в свету между стержнями периодического профиля принимают по номинальному диаметру.
Продольную рабочую арматуру в балках (как и в плитах) укладывают согласно эпюрам изгибающих моментов в растянутых зонах, где она должна воспринимать продольные растягивающие усилия, возникающие при изгибе конструкции под действием нагрузок.
Для экономии стали часть продольных арматурных стержней может не доводиться до опор и обрываться в пролете там, где они по расчету на восприятие изгибающего момента не требуются.
Площадь сечения продольной рабочей арматуры, в изгибаемых элементах должна определяться расчетом, но составлять не менее 0,05 % площади сечения элемента.
Для продольного армирования балок обычно применяют стержни периодического профиля (реже гладкие) диаметром 12—32 мм.
В балках шириной 150 мм и более предусматривают не менее двух продольных (доводимых до опоры) стержней, при ширине менее 150 мм допускается установка одного стержня (одного каркаса).
В железобетонных балках одновременно с изгибающими моментами действуют поперечные силы. Этим вызывается необходимость устройства поперечной арматуры. Количество ее определяют расчетом и по конструктивным требованиям.
Продольную и поперечную арматуру объединяют в сварные каркасы, а при отсутствии сварочных машин — в вязаные. Вязаные каркасы весьма трудоемки, их применяют лишь в случаях, когда по местным условиям изготовление сварных каркасов невозможно.
Плоские сварные каркасы объединяют в пространственные с помощью горизонтальных поперечных стержней, устанавливаемых через 1—1,5 м.
При армировании вязаными каркасами хомуты в балках прямоугольного сечения делают замкнутыми; в тавровых балках, в которых ребро сечения с обеих сторон связано с монолитной плитой, хомуты могут быть открытые сверху. 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.
Поперечные стержни (хомуты) в балках и ребрах высотой более 150 мм ставят, даже если они не требуются по расчету; при высоте менее 150 мм поперечную арматуру можно не применять.
В балках высотой более 700 мм у боковых граней ставят дополнительные продольные стержни на расстояниях (по высоте) не более чем через 400 мм; площадь каждого из этих стержней должна составлять не менее 0,1 % той части площади поперечного сечения балки, которую они непосредственно армируют (высотой, равной полусумме расстояний до ближайших стержней, и шириной, равной половине ширины элемента, но не более 200 мм). Эти стержни вместе с поперечной арматурой сдерживают раскрытие наклонных трещин на боковых гранях балок.
Для объединения всех арматурных элементов в единый каркас, устойчивый при бетонировании, и для анкеровки концов поперечной арматуры у верхних граней балок ставят монтажные продольные стержни диаметром 10—12 мм. В сборных балках монтажные стержни могут быть использованы как расчетные в условиях транспортирования и монтажа.
Вместо поперечных стержней или в дополнение к ним в балках можно применять наклонные стержни. Они работают эффективнее поперечных стержней, поскольку больше соответствуют направлению главных растягивающих напряжений балки. Однако поперечные стержни при изготовлении балок удобнее и потому предпочтительнее.
Наклонные стержни обычно размещают под углом 45° к продольным. В высоких балках (более 800 мм) угол наклона может быть увеличен до 60°; в низких балках, а также при сосредоточенных грузах угол наклона уменьшают до 30 °.
При армировании балок вязаными каркасами для экономии стали и улучшения конструкции каркаса целесообразно устройство отгибов части продольных рабочих стержней. Прямые участки отгибов из гладких стержней оканчиваются крюками.
В предварительно напряженных изгибаемых элементах арматуру располагают в соответствии с эпюрами изгибающих моментов и поперечных сил, возникающих от нагрузки. Армирование криволинейной напрягаемой арматурой более всего отвечает очертаниям траекторий главных растягивающих напряжений и потому наиболее рационально, но оно сложнее, чем армирование прямолинейной арматурой. В последнем случае кроме арматуры, воспринимающей усилия растянутой зоны под нагрузкой, часто ставят также арматуру у противоположной граня балки в количестве (0,15—0,25). Это полезно в элементах большой высоты, где усилие обжатия располагается вне ядра сечения и вызывает на противоположной стороне растяжеиие, которое может привести к образованию трещин; в этой зоне <в процессе изготовления элементов). В элементах небольшой высоты напрягаемую арматуру у верхней грани можно не ставить, раскрытие верхних трещин может быть погашено монтажной ненапрягаемой арматурой.
Наиболее рациональная форма поперечного сечення изгибаемых предварительно напряженных элементов — двутавровая, а при толстой стенке — тавровая. Сжатая полка сечения развивается по условию восприятия сжимающей равнодействующей внутренней пары сил изгибающего момента, возникающего в элементе под нагрузкой, а уширение растянутой зоны — по условию размещения в нем арматуры, а также по условию обеспечения прочности этой части сечения при обжатии элемента (для предварительно напряженных элементов).
Напрягаемую арматуру компонуют в растянутых зонах поперечных сечений. Если арматуру натягивают на бетон, то расстояние от поверхности элемента до поверхности канала принимают не менее 40 мм и не менее ширины канала; это расстояние до боковых граней элемента должно быть, кроме того, не менее половины высоты канала. Напрягаемая арматура, располагаемая в пазах или снаружи граней элемента, должна иметь толщину защитного слоя от наружной поверхности дополнительно наносимого бетона не менее 20 мм. Расстояние в свету между каналами для арматуры, натягиваемой на бетон, должно быть не менее диаметра канала и не менее 50 мм.
В предварительно напряженных балках особое значение имеет конструирование приопорных участков. Здесь происходит передача значительных усилий обжатия с арматуры на бетон через торцовые анкеры (при натяжении на бетон) или при арматуре без анкеров на концевых участках арматуры в зоне ее анкеровки. Здесь же при внеосевом воздействии напрягаемой арматуры на элемент возникают местные перенапряжения в торцовой части элемента, из-за чего могут образоваться трещины, раскрывающиеся по торцу и поверху на конце элемента. Поэтому надо усиливать концевые участки предварительно напряженных элементов.
Местное усиление участков предварительно напряженных элементов под анкерами, а также в местах опи-рания натяжных устройств рекомендуется производить напрягаемой арматурой с помощью закладных деталей или дополнительной поперечной арматуры, а также увеличением сечения элемента на этих участках. Толщину защитного слоя у концов предварительно напряженных элементов на длине зоны передачи усилий с арматуры на бетон нужно увеличить, принимая ее при стержневой арматуре класса A-IV (Ат-IVC) И ниже, а также при арматурных канатах не менее 2d, а при стержневой арматуре класса A-V (Ат-V) И выше не менее 3d (d — диаметр арматуры или каната); при этом толщина защитного слоя должна быть не менее 40 мм для стержневой арматуры (всех классов) и не менее 20 мм для арматурных канатов. Для концевых частей элементов толщину защитного слоя допускается сохранять такой же, как и на остальной длине, при наличии стальной опорной детали, надежно заанкеренной в бетоне предварительно напряженного элемента, и дополнительной поперечной или косвенной арматуры, охватывающей все продольные напрягаемые стержни.
Если напрягаемая арматура располагается у торцов элементов сосредоточенно у верхней и нижней граней, то необходимо у торца элемента предусматривать дополнительно напрягаемую или ненапрягаемую поперечную арматуру. Поперечную арматуру нужно напрягать до натяжения продольной арматуры, усилие натяжений в ней должно составлять не менее 15 % усилия натяжения продольной арматуры растянутой зоны у опорного сечения. Поперечные ненапрягаемые стержни должны быть надежно заанкерены по концам посредством приварки к закладным деталям. Ненапрягаемую поперечную арматуру нужно прини- мать такого сечения, которое способно воспринимать усилие, равное не менее 20 % усилия в продольной напрягаемой арматуре (нижней зоны опорного сечения), определяемого расчетом по прочности. Арматурные предварительно напрягаемые элементы, натягиваемые на бетон, необходимо снабжать анкерами. То же относится к арматурным элементам, натягиваемым на упоры, если сцепление их с бетоном недостаточно,— гладкой проволоке, многопрядным канатам. Эта анкеровка должна быть надежной на всех стадиях работы конструкции.
Особых анкерных устройств на концах напрягаемых арматурных элементов не требуется для натягиваемой на упоры высокопрочной арматурной проволоки периодического профиля, арматурных канатов однократной свивки, стержневой арматуры периодического профиля.
По концам предварительно напряженных элементов при арматуре без анкеров, а также при наличии анкерных устройств производят местное усиление бетона с помощью дополнительных сеток или хомутов, охватывающих все продольные стержни. Длину участка усиления принимают равной двум длинам анкерных устройств.
В предварительно напряженных элементах на их концевых участках при арматуре без анкеров по нормам не допускается образования трещин при совместном действии всех нагрузок (кроме особых).
На крайних свободных (незащемленных) опорах изгибаемых элементов (балок, плит) без предварительного напряжения для обеспечения анкеровки продольных стержней арматуры (доводимых до опоры) эти стержни необходимо заводить за внутреннюю грань опоры не менее чем на 5d, если в приопорном участке элемента не предполагается образования трещин.
В качестве несущей арматуры в изгибаемых элементах при определенных условиях используют прокатные профили (жесткая арматура) и сварные пространственные арматурные каркасы.
Элементы с жесткой арматурой могут быть двух типов: с расположением профиля по всей высоте балки или полностью в растянутой зоне. В балках обоих типов ставят дополнительную арматуру в виде сварных сеток или хомутов и продольных монтажных стержней диаметром 8—10 мм. Эта арматура уменьшает раскрытие трещин в бетоне и улучшает его сцепление с жесткой арматурой. В балках первого типа поперечную арматуру ставят без расчета диаметром 6—8 мм. В балках второго типа поперечную арматуру определяют расчетом; при этом, кроме хомутов и сеток, возможна постановка отгибов, приваренных к верхней полке профиля. Защитный слой бетона для жесткой арматуры должен быть не менее 50 мм.
Несущие сварные каркасы изготовляют в виде пространственных ферм из стержней круглого и периодического профиля, а также мелкого фасонного проката. Эти каркасы конструируют как сварные стальные фермы, рассчитывая нх на нагрузки, возможные в период строительства, до отвердения бетона. При полных нагрузках несущие каркасы становятся арматурой железобетонной конструкции; пояса ферм работают как продольная арматура, нисходящие раскосы — как отгибы, а стойки — как поперечные стержни.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector