Конструктивные особенности изгибаемых элементов.
Три категории требований к трещиностойкости железобетонных конструкций.
Трещиностойкостью железобетонной конструкции называют ее сопротивление образованию трещин в стадии I напряженно-деформированного состояния или сопротивление раскрытию трещин в стадии II напряженно-деформированного состояния.
К трещиностойкости железобетонной конструкции при расчете предъявляют различные требования в зависимости от вида применяемой арматуры. Эти требования относятся к появлению и раскрытию нормальных и наклонных трещин и подразделяются на три категории:
первая категория – не допускается образование трещин;
вторая категория – допускается ограниченное по ширине непродолжительное раскрытие трещин при условии их последующего надежного зажатия;
третья категория – допускается ограниченное по ширине непродолжительное и продолжительное раскрытие трещин.
Непродолжительным считается раскрытие трещин при действии постоянных, длительных и кратковременных нагрузок; продолжительным – раскрытие трещин при действии только постоянных и длительных нагрузок. Предельная ширина раскрытия трещин (аcrc1 – непродолжительная и аcrc2 – продолжительная), при которой обеспечивается нормальная эксплуатация зданий, коррозионная стойкость арматуры и долговечность конструкций, в зависимости от категории требований по трещиностойкости не должна превышать 0.05÷0.4 мм.
Предварительно напряженные элементы, находящиеся под давлением жидкостей и газов (резервуары, напорные трубы и т.д.) при полностью растянутом сечении со стержневой или проволочной арматурой, а также при частично сжатом сечении с проволочной арматурой диаметром 3 мм и менее должны отвечать требованиям первой категории. Другие преднапряженные элементы в зависимости от условий работы конструкций и вида арматуры должны отвечать требованиям 2 и 3 категории. Конструкции без предварительного напряжения, армированные арматурой А-I, А-II, А-III должны отвечать требованиям третьей категории.
Лекция №5. Изгибаемые элементы: конструктивные особенности, расчет прочности по нормальным сечениям элементов прямоугольного профиля.
Наиболее распространенными изгибаемыми элементами являются плиты и балки.
Плитами называются 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 всего плоские перекрытия и покрытия, сборные и монолитные, а также сборно-монолитные.
Плиты и балки могут быть однопролетными и многопролетными (рис. 5.1).
| а)
| б)
|
|
| Рис. 5.1. Однопролетные (а) и многопролетные (б) плиты при действии равномерно распределенной нагрузки (1 – стержни рабочей арматуры; 2 – стержни распределительной арматуры).
|
| |
Плиты в монолитных конструкциях принимают толщиной 50…100 мм, в сборных – меньшей толщины. Стержни рабочей арматуры принимают диаметром 3…10 мм, располагают их на расстоянии (с шагом) 100…200 мм один от другого.
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. 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.
Балки могут быть прямоугольного, таврового, двутаврового, трапециевидного сечения (рис. 5.2).
| а)
| б)
| в)
| г)
|
 
|
| Рис. 5.2. Поперечное сечение балок и схемы армирования (а – прямоугольное; б – тавровое; в – двутавровое; г – трапециевидное) стержни рабочей арматуры; 2 – стержни распределительной арматуры):
1 – продольные стержни; 2 – поперечные стержни.
|
| |
Ориентировочно высоту балки в зависимости от нагрузки и типа конструкции назначают из условия:
| (5.1)
|
| где l – пролет балки,
|
а ширину прямоугольного поперечного сечения:
| (5.2)
|
В целях унификации высоту балок назначают кратной 50 мм, если она не более 600 мм, и кратной 100 мм – при больших размерах; ширину балок принимают равной 100, 120, 150, 200, 220, 250 мм и далее, кратные 50 мм.
В поперечном сечении балок рабочую арматуру размещают таким образом, чтобы обеспечивалась плотная усадка без пустот (рис. 5.3).
Площадь сечения рабочей продольной арматуры в изгибаемых железобетонных элементах должна определяться по расчету, но составлять не менее m = 0,05% площади сечения с размерами b и h0. Для продольного армирования применяют арматурные стержни Æ12¸32 мм.
При ширине балки b > 350 мм предусматривают не менее трех продольных, доводимых до опоры стержней (трех каркасов); при 150 £ b £ 350 мм – не менее двух; при b < 150 мм – допускается установка одного стержня (одного каркаса).
Продольную арматуру объединяют в сварные (рис. 5.4а), а при отсутствии сварочных машин – в вязаные каркасы (рис. 5.4б).
В железобетонных балках одновременно с изгибающими моментами действуют и поперечные силы, что требует установки поперечной арматуры. Количество определяется расчетом и по конструктивным требованиям.
|
| 
|
| а)
|
| б)
|
| Рис. 5.4. Схемы армирования балок (а – сварными каркасами; б – вязаной арматурой): 1 – продольные рабочие стержни; 2 – поперечные стержни каркасов; 3 – продольные монтажные стержни; 4 – поперечные соединительные стержни; 5 – хомуты вязаных каркасов.
|
|
|
|
|
|
|
По расчетно-конструктивным требованиям в приопорных участках балок длиной 1/4 пролета элемента при равномерно распределенной нагрузке шаг поперечных стержней S1 должен быть:
| - при h £ 450 мм
| 
|
| - при h > 450 мм
| 
|
В остальной части пролета расстояние между поперечными стержнями (хомутами) S2 должно быть:
В балках и ребрах высотой более 150 мм поперечные стержни (хомуты) ставят, даже если они не требуются по расчету; при высоте менее 150 мм поперечную арматуру можно не применять, если удовлетворяются требования расчета.
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 As1 должна составлять не менее 0,1% от площади поперечного сечения балки Ab1 (рис. 5.5). Эти стержни вместе с поперечной арматурой сдерживают раскрытие наклонных трещин на боковых гранях балок.
£ 200