referat (708807), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Железобетон, несмотря на некоторые недостатки (большую собственную массу изделий, высокую тепло- и звукопроводность, возможность появления трещин при изготовлении и эксплуатации конструкций и др.), которые малозначительны в сравнении с его многочисленными достоинствами, является основой современного капитального строительства. Массовое применение, как отмечено выше, имеют сборные железобетонные конструкции, которые не только отвечают требованиям индустриализации строительства, но и позволяют улучшить качество конструкций при их полкой заводской готовности, монтировать здания круглый год и снизить трудоемкость и стоимость их возведения.

В современном строительстве из сборного железобетона возводят одноэтажные (рис. 1—3) и многоэтажные промышленные здания, жилые крупнопанельные дома (рис. 4), мосты и эстакады, стойки ЛЭП, сельскохозяйственные строения, объекты подземные и наземные в гидротехническом и мелиоративном строительстве, коллекторы, тоннели и станции метрополитенов, сооружения связи и многие другие.

2. Основные сведения о материалах для железобетонных конструкций.

2.1 Бетон

Бетон для железобетонных конструкций должен обладать необходимой прочностью, хорошим сцеплением с арматурой, достаточной плотностью для защиты арматуры от коррозии, морозостойкостью, а также в особых случаях жаростойкостью при длительном действии высоких температур (более 200° С) и коррозионной стойкостью при агрессивном воздействии среды.

Бетоны подразделяют по следующим признакам:

1) по структуре — плотной структуры (процент меж-зерновых пустот не свыше 6), крупнопористые малопесчаные и беспесчаные, поризованные с искусственной пористостью затвердевшего вяжущего в пространстве между зернами заполнителя (процент пустот более 6); ячеистые о искусственно созданными порами;

2) по плотности (объемной массе)  кг/м³.— особо тяжелые,  > 2500; тяжелые, 2200 <  < 2500; облегченные, 1800 < 2200; легкие, 500 <  1800; особо легкие,  500;

3) по виду вяжущего — цементные, силикатные (на известковом вяжущем), на гипсовом вяжущем, на смешанном и специальных вяжущих;

4) по виду заполнителя — на плотных заполнителях (для тяжелых бетонов), на пористых заполнителях (для легких и облегченных бетонов), на специальных заполнителях, удовлетворяющих требованиям биологической защиты от излучений, жаростойкости, химической стойкости и т. п.;

5) по зернистому составу заполнителя — крупнозернистые (с крупным и мелким заполнителем) и мелкозернистые (только с мелким заполнителем);

6) по условиям твердения — бетоны естественного твердения, подвергнутые тепловой обработке при атмосферном давлении и с тепловой обработкой в автоклавах.

Для несущих железобетонных конструкций применяют следующие бетоны основных видов:

тяжелый бетон — бетон плотной структуры, на цементных вяжущем и на плотных заполнителях, крупнозернистый, тяжелый по плотности, приготовленный при любых условиях твердения;

бетон на пористых заполнителях — бетон плотной структуры, на цементном вяжущем, на пористых. заполнителях, легкий или облегченный во плотности при любых условиях твердения.

Для сборных конструкций заводского изготовления рекомендован также силикатный бетон (на известковом вяжущем).

Рис. 1.1. Схемы работы железобетонных элементов под нагрузкой

2.2 Арматура

Назначение, виды и классы арматуры. Арматуру в железобетонных конструкциях применяют в качестве рабочей, определяемой по расчету, и монтажной, назнача­емой без расчета по конструктивным соображениям. Рабочая арматура воспринимает растягивающие усилия в изгибаемых и растянутых элементах и усиливает сечения сжатых элементов. Монтажная арматура служит для уста­новки в проектное положение и связи рабочей арматуры, для образования плоских и пространственных каркасов и сеток. Кроме того, она воспринимает усилия от усадоч­ных и температурных деформаций бетона, от части мон­тажных нагрузок. В некоторых случаях монтажную арматуру можно учитывать в расчетах, что позволит сни­зить расход рабочей арматуры.

Стальная арматура в зависимости от технологии изго­товления разделяется на горячекатаную стержневую и холоднокатаную проволочную. Арматура, подвергающа­яся после прокатки (в целях упрочнения) термической обработке, называется термически упрочненной, а под­вергающаяся вытяжке в холодном состоянии — упроч­ненной вытяжкой. Арматура, которая при изготовлении

конструкций предварительно натягивается до заданного напряжения (на упоры или на бетон), называется напряга­емой арматурой.

Арматура выпускается с гладкой поверхностью и с реб­рами периодического профиля (рис. 1.5). Стержневая арматура периодического профиля, имеющая лучшее сце­пление с бетоном, является основным видом рабочей арма­туры.

Арматурная сталь подразделяется на классы в зависи­мости от профиля и основных ее механических свойств

Рис. 1.5. Арматура для железобетонных конструкций

а) стержневая арматура: горячекатаная круглая, глад­кая — класса A-I; горячекатаная периодического про­филя — классов A-II, A-III, A-IV и A-V; термически упрочненная горячекатаная периодического профиля — классов Ат-IV, Ат-V и Ат-VI;

б) проволочная арматура: обыкновенная проволока гладкая класса B-I и периодического профиля — класса Вр-1; высокопрочная проволока гладкая — класса B-II и периодического профиля — Вр-П;

в) арматурные канаты — класса К-7.

3. Растянутые железобетонные элементы

3.1. Расчет центрально-растянутых элементов

При работе центрально-растянутых элементов под нагрузкой различают три характерные стадии напряженно-деформированного состояния: стадию I — до образования трещин, стадию II—после образования трещин, стадию III — разрушение.

Рассмотрим характер изменения напряженно-деформированного состояния центрально-растянутого элемента по мере увеличения внешней нагрузки.

В стадии I (начальный период загружения) внешней растягивающей силе N₁ сопротивляются бетон и арматура, которые имеют одинаковые деформации вследствие сцепления между собой. Если обозначить напряжения в бетоне _б.р и напряжения в арматуре _a.l , то условие равновесия сечений элемента будет иметь следующий вид:
N₁=_б.р.F_б+_а1.F_а, где Fe—площадь сечения бетона; Fa — площадь продольной арматуры.

С увеличением внешней нагрузки напряжения в бетоне и арматуре возрастают. Когда напряжения в бетоне достигнут временного сопротивления растяжению: (а деформации—предела растяжимости ), в элементе образуются трещины (стадия Iа). При образовании трещин деформации арматуры _a в силу сцепления равны предельным деформациям бетона , поскольку оба материала деформировались совместно. Напряжения в арматуре в стадии Iа составляют

В главе 2.1 , было установлено, что расчетная величина , следовательно, , где n=E_a/E_б. Численное значение можно оценить, приняв 0,00015 иE_a=210⁶ кгс/см²:

 0,000152′000′000 = 300 кгс/см² (30 МПа).

Таким образом, расчетное усилие, воспринимаемое сечением при образовании трещин, (1)

Если N>N_Т, в элементе образуются трещины. При дальнейшем увеличении нагрузки напряжения в арматуре будут возрастать, а трещины в бетоне — раскрываться (стадия II). Внешней силе по сечению с трещиной сопротивляется только одна арматура, имеющая напряжения _а и деформации _а, а на участке между трещинами — арматура и бетон, поскольку сцепление между ними сохраняется. Вследствие этого напряжения в арматуре на участке между трещинами уменьшаются. Средние напряжения в арматуре _а.с<_а и соответственно средние относительные деформации _а.с<_а. Работа бетона на растяжение между трещинами характеризуется, как и при изгибе, коэффициентом _а, выражающим отношение средних напряжений в арматуре _а.с к напряжениям в ней по сечению с трещиной _а, или отношение средних относительных деформаций арматуры _а.с. к ее деформациям по сечению с трещиной _а. _a=_а.с/_а =_а.с/_а [см формулу (1)]

По мере дальнейшего возрастания внешней нагрузки увеличиваются напряжения в арматуре, а трещины в бетоне раскрываются все больше. Когда напряжения в арматуре достигнут значения предельных напряжений (предела текучести для мягкой стали или временного сопротивления для твердой стали), наступит разрушение элемента (стадия III).

Усилие, которое воспринимают сечения элемента перед разрушением, составляет (2)

Прочность элемента будет обеспечена, если расчетная продольная сила N (усилие в элементе от расчетных нагрузок) не будет превышать усилия, воспринимаемого арматурой при напряжениях в ней, равных расчетному сопротивлению R_a: . (3).

Из условия прочности определяют требуемую площадь сечения продольной растянутой арматуры: (4)

В центрально-растянутых элементах без предварительного напряжения кроме проверки прочности по стадии III необходимо определить ширину раскрытия трещин по стадии II.

Ширина раскрытия трещин а_Т представляет собой удлинение арматуры (работающей совместно с бетоном) на участке, равном расстоянию между трещинами l_T, поэтому, как и в изгибаемых элементах, ширину раскрытия трещин рассчитывают по формуле , при k=l,2 и напряжениях в арматуре, равных (5)

Пример 1. Требуется определить площадь арматуры и проверить ширину раскрытия трещин в центрально-растянутом элементе. Сечение размером 25Х25 см; арматура горячекатаная периодического профиля класса A-III; усилие от нормативной длительно действующей нагрузки тc, а от нормативной кратковременно действующей нагрузки тc; полное расчетное усилие N=20 тc; бетон тяжелый М200 естественного твердения; m_б1=1. К элементу предъявляют требования 3-й категории трещиностойкости: мм; мм.

Решение. По табл. .2 определяем кгс/см²; по табл. 5 (d>l0 мм) R_a=3600 кгс/см²; E_a=2000000 кгс/см²; E_б=240000 кгс/см².

Площадь сечения арматуры определим из условия прочности по формуле: =20000/3600=5,58cм². Принято 414 A-III с F_a=6,16 см².

Теперь рассчитаем ширину раскрытия трещин.

Напряжения в арматуре по сечению с трещиной;

от длительной нагрузки

от кратковременной нагрузки

коэффициент армирования ; d=14мм; =1;

С_д равно: при кратковременной нагрузке 1, при длительной нагрузке 1,5.

Ширина раскрытия трещин от длительной нагрузки по формуле при k=l,2 равна =

Приращение ширины раскрытия трещин от кратковременной нагрузки: =0,07 мм;

1. Расчет внецентренно-растянутых элементов

Площадь сечения арматуры А, расположенной ближе к линии действия силы N, обозначают F_a, а арматуры. А, удаленной от силы, — F_а . Характер работы внецентренно-растянутых элементов под нагрузкой зависит от эксцентрицитета е₀. Если сила приложена между центрами тяжести сечений арматуры А к А (для прямоугольного сечения, когда ), то имеем случай малых эксцентрицитетов. При малых эксцентрицитетах трещины пронизывают бетонное сечение элемента еще при относительно небольшой нагрузке; после этого продолжает работу только арматура (рис. 3, а). Несущая способность элемента оказывается исчерпанной при достижении арматурой предельных напряжений.

Условия прочности получим, составив уравнения моментов относительно центров тяжести сечений арматуры А и А: , (.6) где ; , (7) здесь .

При подборе сечений арматуры из условия определяют (8), а из условия — (9)

Если растягивающая сила N приложена вне расстояния между центрами тяжести арматуры А и А :[для прямоугольного сечения, когда ], имеем случай больших эксцентрицитетов.

Характер работы внецентренно-растянутых элементов при больших эксцентрицитетах подобен.работе внецентренно-сжатых элементов с большими эксцентрицитетами: часть сечения сжата, а часть растянута (рис.6); высота сжатой зоны (для прямоугольного сечения) ограничивается условием . Предельную относительную высоту сжатой зоны определяют по формуле .

Разрушение сечения наступает, когда напряжения в арматуре А, а затем в бетоне сжатой зоны и в арматуре А достигают предельных значений (для расчета — расчетных сопротивлений).

Проектируя все силы на ось элемента, получаем (10)

Уравнение моментов относительно центра тяжести арматуры А имеет вид (11)

Сравнив выражения (10) и (11) с, и устанавливаем, что условия прочности имеют тот же вид, что и при внецентренном сжатии, меняется только знак у силы N (растяжение вместо сжатия).

Прочность элемента проверяют по условий (11), предварительно определив высоту сжатой зоны х из формулы (10). Если , то в условии (11) принимают .

Прочность внецентренно-растянутых элементов по наклонному сечению рассчитывают так же, как проч­ность изгибаемых элементов, но поскольку растягивающая сила N способствует более раннему образованию косых трещин и уменьшает усилие , воспринимаемое бетоном сжатой зоны в наклонном сечении, в формулы и вводят понижающий коэффициент : , но не менее 0,2. (12)

Расчет внецентренно-растянутых элементов на образование трещин аналогичен рассмотренному выше расчету изгибаемых и внецентренно-сжатых элементов и состоит в проверке условия

Из рис. 4 видно, что . (13)

Величины , и определяют по формулам, изгибаемых железобетонных элементов.

Ширину раскрытия трещин при определяют по формуле при k=1,2 и напряжениях в арматуре А: ; (14) —см. рис. 4; если сила приложена между арматурой А и А', величину в формуле (14) принимают со знаком минус. Величину определяют по формулам сжатых железобетонных элементов в формуле перед вторым членом меняется знак. Когда , принимают .

Расчет прогибов внецентренно-растянутых элементов полностью подобен расчету сжатых железобетонных элементов, прогибов внецентренно-сжатых элементов, но в формуле кривизны перед вторым членом, выражающим кривизну от силы N, знак минус меняется на плюс, поскольку и от заменяющего момента , и от силы N кривизны имеют один знак.

4. Преварительно напряженные железобетонные конструкции

4.1 Расчет центрально-растянутых преварительно-напряженных элементов.

Рассмотрим последовательное изменение напряженно-деформированного состояния центрально-растянутого предварительно-напряженного элемента изготовляемого с натяжением арматуры на упоры (рис. 12). Площадь сечения бетона , площадь сечения напрягаемой арматуры .

Состояние I. Уложенная в форму арматура натянута до

напряжений .

Состояние II. Элемент забетонирован. Арматура удерживается в напряженном состоянии упорами, но в ней произошли первые потери напряжений и напряжения стали равны .

Состояние III. Бетон набрал необходимую прочность. Арматура отпущена с упоров. Вследствие сцепления между арматурой и бетоном произошло обжатие бетона до напряжений . Элемент укоротился. Бетон и арматура получили одинаковую деформацию, т. е. .

Напряжения в арматуре в результате обжатия элемента уменьшились на .

Таким образом, напряжения в арматуре равны

Равнодействующая растягивающих напряжений в арматуре уравновешивается равнодействующей сжимающих напряжений в бетоне, поэтому уравнение равновесия внутренних сил в сечениях имеет вид .

Состояние IV. В арматуре произошли вторые потери напряжений , и соответственно уменьшились сжимающие напряжения в бетоне до величины . Поскольку , напряжения в арматуре составляют

Уравнение равновесия внутренних сил в сечениях имеет вид:

Состояния I—IV наблюдаются до загружения элемента внешней нагрузкой.

Теперь будем прикладывать к элементу внешнюю растягивающую силу N. Под воздействием этой силы элемент будет удлиняться и, следовательно, напряжения предварительного сжатия в бетоне будут уменьшаться, а напряжения в арматуре — возрастать.

Работа элемента под нагрузкой также характеризуется тремя стадиями: стадия I —до образования трещин, Стадия II—после образования трещин, стадия III—перед разрушением.

Состояние V. При некотором значении внешней растягивающей силы напряжения предварительного сжатия в бетоне будут доведены до нуля, т. е. напряжения в бетоне уменьшатся на . Из условия совместности деформаций напряжения в арматуре возрастут на , т. е. уменьшение напряжений в арматуре, которое произошло в состоянии III вследствие обжатия бетона, восстанавливается. Напряжения в арматуре равны .

Уравнение равновесия внешних и внутренних сил в сечениях имеет вид:

Состояние VI. При дальнейшем увеличении внешней силы в бетоне возникают растягивающие напряжения и возрастают напряжения в арматуре. Когда напряжения в бетоне достигнут временного сопротивления растяжению (для расчета эти напряжения принимают равными ), в элементе образуются трещины. При изменении напряжений в бетоне от нуля (состояние V) до напряжения в арматуре ввиду совместности ее деформаций с бетоном увеличатся на кгс/см² (см.гл. 3.1). Таким образом, в рассматриваемом состоянии напряжения в арматуре равны .

Усилие, воспринимаемое элементом перед образованием трещин, (31)

По состоянию VI рассчитывают трещиностойкость (расчет по образованию трещин), который состоит в проверке условия (32), где N—расчетное усилие; N_T —определяется по формуле (31) при ₀, вычисленном с m_T <1.

Если в элементе имеется также и ненапрягаемая арматура с площадью сечения F_A, то при достижении бетоном нулевых напряжений (состояние V) она оказывается сжатой до напряжений _a вследствие укорочения элемента от усадки и ползучести бетона. Напряжения численно равны потерям напряжений в напрягаемой арматуре от усадки и ползучести: _a = ₇+₈ .

При последующем увеличении напряжений в бетоне от нуля до в результате совместности деформаций арматуры и бетона напряжения в арматуре возрастут на величину Таким образом, при образовании в бетоне трещин ненапрягаемая арматура имеет напряжения — . С учетом ненапрягаемой арматуры (33)

В соответствии с формулой (25), при :

Подставив это значение в формулу (33) и вынеся за скобки , окончательно получим (34)

Состояние VII. После образования трещин в бетоне сопротивление внешней растягивающей силе по селению с трещиной оказывает арматура, а на участке между трещинами — арматура и бетон (стадия II напряженно-деформированного состояния). По состоянию VII рассчитывают ширину раскрытия трещин.

Состояние VIII. По мере дальнейшего увеличения внешней силы напряжения в арматуре возрастают, трещины в бетоне раскрываются и сопротивление бетона растяжению на участках между трещинами уменьшается. Внешняя сила воспринимается только благодаря работе арматуры. Когда напряжения в арматуре достигнут предельных , наступит разрушение элемента.

По состоянию VIII (стадия III напряженно-деформированного состояния) рассчитывают прочность элемента.

Прочность центрально-растянутого предварительно-напряженного элемента будет обеспечена, если расчетная сила N (усилие в элементе от расчетных нагрузок) не будет превышать усилия, воспринимаемого напрягаемой арматурой при напряжениях в ней, равных расчетному сопротивлению : (35)

Если в элементе имеется также и ненапрягаемая арматура с площадью сечения F_a, то она также будет сопротивляться внешней силе до предельных напряжений (для расчета — до расчетного сопротивления R_a), поэтому формула для расчета прочности (несущей способности) окончательно принимает вид: (36)

Формула (36) является общей и для предварительно-напряженных элементов, и для элементов с обычным армированием, в которых F_H =0, а формула (36) превращается в формулу . Таким образом, предварительное напряжение не влияет на несущую способность элемента, определяемую по стадии разрушения (если не учитывать увеличения R_a за счет m_a4), а лишь отдаляет образование трещин.

Ширину раскрытия трещин центрально-растянутых предварительно-напряженных элементов рассчитывают аналогично тому, как это сделано в главе 2 для ненапряженных элементов, т. е. по формуле . Влияние предварительного напряжения учитывается в величине (37)

Для элементов, к трещиностойкости которых предъявляются требования 2-й категории, ширина кратковременного раскрытия трещин определяется по формуле от кратковременного действия всех нормативных нагрузок — постоянных, длительных, кратковременных (при коэффициентах перегрузки n=1). При действии только постоянных и длительных временных нагрузок (при n=1) должен быть выполнен расчет по закрытию трещин, который состоит в проверке двух условий.

1. В напрягаемой арматуре A_H при указанных нагрузках не должны возникать необратимые деформации, которые могли бы помешать трещинам закрываться. Для этого необходимо, чтобы (38)

где — приращение напряжений в арматуре A_H, определяемое по формуле (37); k=0,65 для проволочной арматуры и k=0,8 для стержневой.

2. При длительных нагрузках в сечении должны действовать сжимающие напряжения кгс/см²: (39)

Прежде чем выполнять расчет ширины кратковременного раскрытия трещин и расчет их закрытия (в элементах, к которым предъявляются требования 2-й категории по трещиностойкости), следует проверить, образуются ли в элементе трещины при расчетных значениях постоянной, длительной и кратковременной нагрузок (с коэффициентами перегрузки n>1). Если при указанных нагрузках N>N_T, требуется выполнять расчет ширины раскрытия трещин и расчет их по закрытию. Если , трещины в элементе не образуются, т. е. соблюдаются требования 1-й категории.

4.2 Расчет внецентренно-растянутых преварительно-напряженных элементов.

При расчете прочности внецентренно-растянутых элементов с малыми эксцентрицитетами в арматуре A_H и принимают расчетные сопротивления растяжению R_H и в расчетные формулы и добавляют члены, учитывающие усилия в напрягаемой арматуре: ; (62) ; (63)

В случае больших эксцентрицитетов, когда сила N приложена за пределами сечения, — при расчете проч­ности имеем полную аналогию внецентренному сжатию.

Расстояния а и а' принимают до центра тяжести всей арматуры, расположенной с одной стороны сечения.

При расчетные формулы, с учетом обратного зна­ка у силы N, имеют вид:

;(64) ;(65)

Если из формулы (64) получается , то в условие (65) подставляют .

Расчет на образование трещин по условию

выполняют и для предварительно-напряженных внецент- • ренно-загруженных элементов. При этом, как и в нена­пряженных элементах: —при внецент-ренном сжатии; —при внецентренном растяжении.

Момент от действия усилия обжатия N_o находят, как и в изгибаемых элементах, по формуле (44):

Расстояние до ядровой точки определяют по формуле ; (63) для внецентренно-растянутых элементов и по формуле ; (45)—для сжатых. Ширину раскрытия нормальных трещин рассчитывают также по формуле при напряжениях в арматуре, равных ; (66)

Здесь е_а — расстояние от линии действия силы N до центра тяжести арматур А_н и А. Во внецентренно-растяч нутых элементах с малыми эксцентрицитетами, когда сила приложена между арматурой А_н (или А_н и А) и ар­матурой (или и А'), принимают со знаком минус. a Z₁=Z_a— расстоянию между арматурами. В первом чле­не числителя формулы (66) знак плюс соответствует внецентренному растяжению, знак минус — внецентрен­ному сжатию;

Расчет прогибов внецентренно-сжатых и внецентренно-растянутых предварительно-напряженных элементов при отсутствии трещин полностью аналогичен рассмот­ренному выше расчету прогибов изгибаемых элементов. Если трещины есть, кривизну определяют по формуле (54) при моменте М_з, который должен быть прило­жен к сечению в результате переноса силы N и силы обжатия N_o на линию центра тяжести растянутой армату­ры, и при суммарном усилии N_c во втором члене форму­лы. N_c=N+N_o—при внецентренном сжатии; N_c= -N+N_o — при внецентренном растяжении.

При подсчете коэффициента _а по формуле принимают , где знак плюс соответствует моментам, вызывающим растяжение в арматуре А_н (или А_н и А).

Список литературы.

1. Строительные конструкции: Учебник для техни-С 86 кумов/С. Г. Стронгин, Г. А. Шестак, Ю. С. Тимян-ский, П. П. Сербинович.—2-е изд., перераб.—М.: Стройиздат, 1979.— 520 с., ил.

2. Новое в проектировании бетонных и железобетонных конструкций под/ред А.А. Гвоздева

3. Преднапряженные конструкции в бетоне том II - Т.Н. Цай и др. техн. наук проф.

4. Проектирование и расчеты железобетонных и каменных конструкций Н.Н. Попов; А.В. Забегаев.

18

Характеристики

Список файлов реферата