Конструктивные особенности сжатых элементов

К центрально-сжатым элементам условно относят: промежуточные колонны в зданиях и сооружениях, верхние пояса ферм, загруженных по узлам восходящие раскосы и стойки решетки ферм, а также некоторые другие конструктивные элементы. В действительности, из-за несовершенства геометрических форм элементов конструкций, отклонения их реальных размеров от назначаемых по проекту, неоднородности бетона и других причин обычно центральное сжатие в чистом виде не наблюдается, а происходит внецентренное сжатие с так называемыми случайными эксцентриситетами.
По форме поперечного сечения сжатые элементы со случайным эксцентриситетом делают чаще всего квадратными или прямоугольными, реже круглыми, многогранными, двутавровыми.
Размеры поперечного сечения колонн определяют расчетом. В целях стандартизации опалубки и арматурных каркасов размеры прямоугольных колонн назначают кратными 50 мм, предподчтительнее кратными 100 мм.
Чтобы обеспечить хорошее качество бетонирования, монолитные колонны с поперечными размерами менее 25 см к применению не рекомендуются.
В условиях внецентренного сжатия находятся колонны одноэтажных производственных зданий, загруженные давлением от кранов, верхние пояса безраскосных ферм, стены прямоугольных в плане подземных резервуаров, воспринимающие боковое давление грунта или жидкости и вертикальное давление от покрытия. В них действуют сжимающие силы N и изгибающие моменты М.
Расстояние между направлением сжимающей силы и продольной осью элемента ео называется эксцентриситетом.
Поперечные сечения внецентренно сжатых элементов целесообразно делать развитыми в плоскости действия момента.
Для сжатых элементов применяют бетон классов по прочности на сжатие не ниже В15, для сильно загруженных не ниже В25. Колонны армируют продольными стержнями диаметром 12—40 мм (рабочая арматура) преимущественно из горячекатаной стали класса A-III и термомеханически упрочненной Ат-IIIC, а также поперечными стержнями из горячекатаной стали классов A-III, A-II, A-I и проволоки класса B-I. Продольную и поперечную арматуру сжатых со случайными эксцентриситетами и внецентренно сжатых элементов объединяют в плоские и пространственные каркасы, сварные или вязаные.
Насыщение поперечного сечения продольной арматурой элементов, сжатых со случайными эксцентриситетами, оценивают коэффициентом ц по формуле или процентом армирования (значения в 100 раз больше), где под As подразумевается суммарная площадь сечения всех продольных стержней.
В практике для сжатых стержней обычно принимают армирование не более 3 %.
Во внецентренно сжатых элементах с расчетными эксцентриситетами продольные стержни размещают вблизи коротких граней поперечного сечения элемента сечения As у грани, расположенной ближе к продольной силе. Насыщение поперечного сечения внецентренно сжатых элементов оценивают коэффициентом армирования по площади сечения рабочих стержней продольной арматуры, расположенных у одной из коротких граней. Армирование внецентренно сжатых стержней в практике составляет 0,5—1,2 % площади сечения элемента.
Если площади сечения арматуры одинаковы, армирование называют симметричным; оно предпочтительнее, чем несимметричное армирование.
Рабочие стержни в поперечном сечении колонны размещают возможно ближе к поверхности элемента с соблюдением минимальной толщины защитного слоя, которая по требованиям нормативов должна быть не менее диаметра стержней арматуры и не менее 20 мм.
Колонны сечением до 40X40 см можно армировать четырьмя продольными стержнями, что соответствует наибольшему допустимому расстоянию между стержнями рабочей арматуры; наименьшее расстояние между ними в свету допускается 50 мм, если стержни при бетонировании расположены вертикально, а при горизонтальном расположении 25 мм для нижней и 30 мм для верхней арматуры, и при всех случаях не менее размера наибольшего диаметра стержня. При расстоянии между рабочими стержнями более 400 мм следует предусматривать промежуточные стержни по периметру сечения элемента с тем, чтобы расстояние между продольными стержнями не превышало 400 мм.
Поперечные стержни ставят без расчета, но с соблюдением требований норм. Расстояние между ними (по условию обеспечения продольных стержней от бокового выпучивания при сжатии) должно быть при сварных каркасах не более 20d, при вязаных — 15d, но не более 500 мм (здесь d — наименьший диаметр продольных сжатых стержней). Расстояния s округляют до размеров, кратных 50 мм.
Диаметр поперечных стержней dw в сварных каркасах должен удовлетворять условиям свариваемости. Диаметр хомутов вязаных каркасов должен быть не менее 5 мм и не менее 0,25d, где d — наибольший диаметр продольных стержней. Толщина защитного слоя поперечных стержней aw должна быть не менее 15 мм.
Соединять продольные стержни по длине элемента не рекомендуется.
В местах стыков каркасов на длине перепуска стержней расстояние между поперечными стержнями должно быть не более 10d (d — диаметр соединяемых стержней).
Если общее насыщение элемента арматурой более 3%, то поперечные стержни необходимо устанавливать на расстоянии не более 10d и не более 300 мм.
Плоские сварные каркасы объединяют в пространственные с помощью поперечных стержней, привариваемых контактной точечной сваркой к угловым продольным стержням плоских каркасов. Если в сварных каркасах у больших граней сечения элемента размещены промежуточные стержни, то эти стержни (принадлежащие противоположным каркасам) соединяют между собой дополнительными шпильками, устанавливаемыми по длине элемента с шагом, равным шагу поперечных стержней плоских каркасов.
В вязаных каркасах продольные стержни укрепляют хомутами на перегибах хомутов по крайней мере через один, при ширине грани не более 400 мм и числе продольных стержней у этой грани не более четырех допускается охват всех продольных стержней одним хомутом.
Предварительное напряжение применяют для внецентренно сжатых элементов с большими эксцентриситетами сжимающей силы, когда изгибающие моменты значительны и вызывают растяжение части сечения, а также для элементов очень большой гибкости. Повышение трещиностойкости и жесткости элемента посредством предварительного напряжения полезно в первом случае для эксплуатационного периода, во втором для периода изготовления, транспортирования и монтажа.
Применять очень гибкие центрально-сжатые элементы нерационально, поскольку несущая способность их сильно снижается вследствие большой деформативности. Расчет элементов при случайных экстрантриситетах Эксперименты показали, что сопротивление коротких центрально-сжатых элементов внешнему усилию слагается из сопротивления бетона и продольной арматуры. При этом обычно бетон достигает своего предела прочности, а арматура — предела текучести; это обусловлено достаточно большими неупругими деформациями сильно напряженного бетона. На несущую способность длинных (гибких) сжатых железобетонных элементов заметное влияние оказывают случайные эксцентриситеты, явление продольного изгиба, длительное воздействие нагрузки.
По нормам случайные эксцентриситеты еа должны приниматься равными большему из следующих значений: высоты сечения элемента, длины элементы (или ее части между местами, закрепленными от поперечных перемещений). В сборных конструкциях следует учитывать возможность образования случайного эксцентриситета вследствие смещения элементов на опорах из-за неточностей монтажа; при отсутствии опытных данных значение этого эксцентриситета принимается не менее 1 см. Расчет элементов любого симметрического сечения При нагружении элементов любого симметричного сечения, внецентренно сжатых в плоскости симметрии, до предела их несущей способности наблюдаются два случая разрушения.
Случай 1 относится к внецентренно сжатым элементам с относительно большими эксцентриситетами про-дольной силы. Напряженное состояние (как и разрушение элемента) по характеру близко к напряженному состоянию изгибаемых непереармированных элементов. Часть сечения, более удаленная от точки приложения силы, растянута, имеет трещины, расположенные нормально к продольной оси элемента; растягивающее усилие этой зоны воспринимается арматурой; часть сечения, расположенная ближе к сжимающей силе, сжата вместе с находящейся в ней арматурой. Разрушение начинается с достижения предела текучести (физического или условного) в растянутой арматуре. Разрушение элемента завершается достижением предельного сопротивления бетона и арматуры сжатой зоны при сохранении в растянутой арматуре постоянного напряжения, если арматура обладает физическим пределом текучести, или возрастающего напряжения, если арматура физического предела текучести не имеет. Процесс разрушения происходит постепенно, плавно.
Случай 2 относится к внецентренно сжатым элементам с относительно малыми эксцентриситетами сжимающей силы. Этот случай охватывает два варианта напряженного состояния: когда все сечение сжато или когда сжата его большая часть, находящаяся ближе к продольной силе, а противоположная часть сечения испытывает относительно слабое растяжение . Разрушается элемент вследствие преодоления предельных сопротивлений в бетоне и арматуре в частя сечения, ближе расположенной к силе. При этом напряжения (сжимающие или растягивающие) в части сечения, удаленной от сжимающей силы, остаются низкими, и прочность материалов здесь недоиспользуется.
Внецентренно сжатые элементы в плоскости действия момента рассчитывают с учетом расчетного эксцентриситета продольных сил и случайного эксцентриситета.
Прочность элемента в плоскости, перпендикулярной плоскости изгиба, проверяют на действие продольной силы только со своим случайным эксцентриситетом.
В элементах, работающих по случаю 1, при расчете их несущей способности в сжатой зоне расчетное сопротивление бетона принимают постоянным, а в растянутой и сжатой арматуре расчетные сопротивления принимают равными соответственно Rs и Rsc. При расчете несущей способности элементов, работающих по случаю 2, действительную эпюру сжимающих напряжений, заменяют прямоугольной с ординатой, равной Rb, а расчетное сопротивление в сжатой арматуре с площадью сечения As принимают равным Rsc. В арматуре S с площадью сечения As напряжение os ниже расчетного.
Гибкий внецентренно сжатый элемент под влиянием момента прогибается, вследствие чего начальный эксцентриситет во продольной силы N увеличивается. При этом возрастает изгибающий момент и разрушение происходит при меньшей продольной силе N в сравнении с коротким (негибким) элементом.
Нормами рекомендуется расчет таких элементов производить по деформированной схеме.
Коэфициент TJ принимается для расчета средней трети длины внецентренно сжатого элемента. В опорных сечениях коэффициент принимается равным единице, в пределах крайних третей длины элемента вычисляется по линейной интерполяции между указанными значениями. Это относится к элементам, имеющим несмещаемые опоры, а также смещаемые вследствие вынужденных деформаций (температурных или им подобных воздействий).
Из плоскости внецентренного воздействия с расчетным (по статическому расчету) эксцентриситетом элемент рассчитывается только со случайным эксцентриситетом Подбор арматуры Рекомендуемая последовательность расчета сечения арматуры элементов прямоугольного профиля с несимметричным армированием (без предварительного напряжения):
1. Выписывают расчетные данные.
2. Задаются коэффициентом армирования в пределах 0,005—0,035. Если окажется Ncr 3. Определяют коэффициент по выражению и находят расстояние от усилия N до арматуры S.
4. С помощью формулы, задаваясь ожидаемым отношением, определяют высоту сжатой зоны, после чего по формулам подбирают сечения арматуры, принимая их не менее минимального значения.
5. Вычисляют коэффициент армирования по формуле по найденным сечениям арматуры. Если он отличается от исходного не более чем на 0,005, решение можно считать найденным; при большей разнице необходимо сечение пересчитать, задавшись новым коэффициентом армирования.
6. Проверяют прочность элемента с учетом влияния продольного изгиба в плоскости, перпендикулярной плоскости изгиба, как для сжатого элемента со случайными эксцентриситетами.
7. Если требуется, проверяют достаточность несущей способности элемента. Расчет элементов таврового и двутаврового сечений Внецентренно сжатые элементы таврового и двутаврового профилей часто встречаются в арках, колоннах и других конструкциях.
В элементах таврового профиля полку обычно располагают у более сжатой грани. При этом различают два случая: если граница сжатой зоны проходит в пределах полки, сечение рассматривается как прямоугольное если нейтральная ось пересекает ребро, учитывается сжатие в ребре. Вводимая в расчет ширина полки принимается тех же размеров, что и при расчете тавровых профилей на изгиб.
При тавровом профиле с полкой, расположенной у растянутой (или менее сжатой) грани, последняя в расчет не принимается и сечение рассматривается как прямоугольное с расчетной шириной, равной ширине ребра.
Расчет двутавровых профилей сводится к расчету тавровых с полкой в сжатой зоне, поскольку полка, расположенная в растянутой зоне, в расчете прочности не учитывается. Расчет элементов кольцевого сечения Кольцевые поперечные оечения встречаются в конструкциях колонн, опор линий электропередачи, дымовых трубах. Элементы кольцевого профиля обычно армируют продольными стержнями, расположенными равномерно по окружности.
Расчетные формулы для таких элементов, приведенные в СНиП, получены на основании общих предпосылок расчета элементов любого симметричного профиля с введением эмпирических коэффициентов. Сжатые элементы, усиленные косвенным армированием Если в коротком центрально сжатом элементе установить поперечную арматуру, способную эффективно сдерживать поперечные деформации, то этим можно существенно увеличить его несущую способность. Такое армирование называется косвенным. Исследовались различные виды косвенного армирования. В практике для элементов с круглым или многоугольным поперечным сечением получило распространение косвенное армирование элемента в виде спиралей или сварных колец. Для элементов с прямоугольным сечением применяют объемное косвенное армирование в виде часто размещенных поперечных сварных сеток. Косвенное армирование в виде поперечных сеток часто применяют для местного усиления железобетонных сборных колонн вблизи стыков, а также под анкерами и в зоне анкеровки предварительно напрягаемой арматуры.
Опытами выявлено повышенное сопротивление бетона сжатию в пределах ядра, заключенного внутри спирали или сварной сетки. Спирали и кольца, подобно обойме, сдерживают поперечные деформации бетона, возникающие при продольном сжатии, и тем обусловливают повышенное сопротивление бетона продольному сжатию, в том числе и после появления в нем первых продольных трещин. Бетон в пределах ядра сопротивляется внешним воздействиям даже после отслаивания наружного слоя бетона и до тех пор, пока в поперечной арматуре напряжения не достигнут предела текучести.
Продольные деформации элементов, усиленных косвенной арматурой, весьма велики и тем больше, чем сильнее поперечное армирование.
Прочность сжатых элементов при наличии в них продольной и косвенной арматуры любого вида должна рассчитываться по формулам, в которых при расчете должна учитываться лишь часть бетонного сечения, ограниченная крайними стержнями сеток, сольцами или спиральной косвенной арматурой, а вместо сопротивления бетона должно приниматься приведенное его сопротивление, определяемое по эмпирическим зависимостям.
Гибкость элементов не должна превышать значений при армировании сетками и при армировании спиралями; здесь имеется ввиду радиус инерции части сечения элемента, вводимой в расчет.
Критическая сила внецентренно сжатого элемента с косвенным армированием определяется с учетом прогиба элемента вследствие его деформирования. Для этого используется формула, в которой момент инерции вычисляется по части сечения, ограниченной крайними стержнями сеток или спиралью (кольцами).
Косвенное армирование целесообразно по расчету, если несущая способность элемента, определяемая по формулам , выше его несущей способности, определяемой по полному сечению элемента и значению расчетного сопротивления бетона Rb без учета косвенной арматуры.
Элементы с косвенным армированием дополнительно рассчитывают против образования трещин в бетоне зажитного слоя в эксплуатационных условиях конструкции, расчет выполняют по тем же формулам, по которым рассчитывают их прочность, но при эксплуатационных значениях нагрузок с учетом всей площади бекона сечения элемента, при расчетных сопротивлениях бетона и арматуры по второй группе предельных состояний.
При усилении концевых участков сжатых элементов устанавливают не менее четырех сварных сеток. Зона усиления по длине элемента должна быть не менее 10d при продольной арматуре из стержней периодического профиля и 20d при гладких стержнях. Сжатые элементы с несущей арматурой Сжатые элементы с несущей арматурой применяют в монолитных железобетонных конструкциях, для возведения которых требуется устройство сложных лесов. Такие условия встречаются, в частности, при возведении каркасов гражданских зданий особо большой этажности. В процессе строительства несущая арматура используется вместо лесов для поддержания нагрузки от опалубки, свежего бетона и всех монтажных устройств. После приобретения бетоном достаточной прочности несущая арматура включается в работу в составе железобетонного сечения конструкции.
Наиболее целесообразно применять несущую арматуру в конструкциях, собственный вес которых не превышает 25 % полной нагрузки; в этом случае перерасход стали или совсем отсутствует, или незначителен и окупается экономией на лесах.
В качестве несущей арматуры используют прокатную сталь двутаврового, швеллерного, крупного уголкового профиля, т. е. жесткую арматуру, или крупные круглые стержни и мелкий уголковый профиль — сварные каркасы.
Отдельные профили соединяют планками или решеткой. Сечение жесткой арматуры принимают наименьшим, по условию восприятия нагрузок в процессе строительства — обычно в пределах 3—8 % площади бетона поперечного сечения элементов. Во избежание отслоения бетона насыщение арматурой поперечного сечения не должно превышать 15 % При большем проценте армирования считают, что бетон может выполнять только функции защитной неработающей оболочки. Класс бетона должен быть не ниже В15. Элемент необходимо снабжать поперечной арматурой.
Если нужна дополнительная гибкая арматура, то ее размещают по периметру сечения и конструируют по общим правилам. Это могут быть отдельные стержни или плоские сварные каркасы. Если расчетное армирование осуществляется одной только жесткой арматурой, то по контуру сечения устанавливают легкие сварные сетки с монтажными стержнями по углам. Защитный слой бетона для прокатных профилей и расстояния между профилями назначают; при этих размерах обеспечивается высокое качество бетонирования.
Несущую арматуру в виде сварных каркасов конструируют из круглой и мелкой фасонной стали, объединяя плоские сварные каркасы в пространственные устойчивые арматурные блоки. При этом основные продольные стержни раскрепляют поперечными и наклонными стержнями не реже чем через 20d (все сварные швы должны быть двусторонними), а дополнительные круглые стержни не реже чем через I5d приваривают к решетке несущего каркаса или укрепляют дополнительными хомутами.
Несущую арматуру рассчитывают по нормам проектирования стальных конструкций на нагрузки, возможные в период возведения сооружения до отвердения бетона (учитываемые как особо кратковременные нагрузки). На последующие нагрузки бетон работает совместно с несущей арматурой. Полная эксплуатационная нагрузка на сооружение может быть передана лишь тогда, когда бетон достигает проектной прочности. На полную расчетную нагрузку железобетонную конструкцию с несущей арматурой рассчитывают как обычно с учетом сечения всей несущей и дополнительной гибкой арматуры.
Экспериментальные исследования показали, что в правильно запроектированных конструкциях жесткая арматура может работать совместно с бетоном вплоть до разрушения, напряжение в ней достигает предела текучести; начальные напряжения, возникающие в несущей арматуре в процессе возведения, не снижают конечной прочности железобетонного элемента. При расчете внецентреино сжатых элементов с жесткой арматурой площадь сечения бетона сжатой зоны принимают за вычетом площади, занятой арматурой, что равносильно снижению расчетного сопротивления жесткой арматуры этой зоны до значения Rs—Rb.
Расчет внецентреино сжатых элементов с жесткой арматурой из двух ветвей, размещенных у противоположных граней сечения — в сжатой и растянутой (или тоже сжатой, но менее напряженной) зонах, не отличается от расчета элементов с гибкой арматурой. При этом полезную высоту принимают равной расстоянию от более сжатой грани сечения до общего центра -тяжести жесткой и гибкой арматуры у противоположной грани. Расчет прочности центрально-растянутых элементов Разрушение центрально-растянутых элементов происходит после того, как в бетоне образуются сквозные трещины и он в местах трещин выключается из работы, а в арматуре напряжения достигают предела текучести (если сталь имеет площадку текучести) или временного сопротивления. Несущая способность центрально-растянутого элемента обусловлена предельным сопротивлением арматуры без участия бетона.
В элементах с напрягаемой арматурой без анкеров необходимо проверять прочность сечений элемента в пределах длины зоны передачи напряжений. Расчетное сопротивление арматуры здесь принимают сниженным.
В условиях центрального (осевого) растяжения находятся затяжки арок, нижние пояса и нисходящие раскосы ферм, стенки круглых в плане резервуаров для жидкостей и некоторые другие конструктивные элементы.
Центрально-растянутые элементы применяют, как правило, предварительно напряженными, что является радикальным средством существенного повышения их сопротивления образованию трещин в бетоне.
Основные принципы конструирования железобетонных элементов, относятся также и к центрально-растянутым элементам. Стержневую рабочую арматуру, применяемую без предварительного напряжения, соединяют по длине обычно на сварке, стыки внахлестку без сварки допускаются только в плитных ч стеновых конструкциях.
Растянутая предварительно напрягаемая арматура (стержни, проволочные пучки, арматурные канаты) в литейных элементах (затяжки арок, нижние пояса ферм) не должна иметь стыков. В поперечном сечении элемента предварительно напрягаемую арматуру размещают симметрично с тем, чтобы при передаче обжимающего усилия (всего целиком или постепенно, обжимая сечение усилиями отдельных групп стержней) по возможности избежать внецентренного обжатия элемента.
При натяжении на бетон предварительно напряженная арматура, размещаемая в специально предусматриваемых каналах, в процессе обжатия не работает в составе поперечного сечения элемента. В этом случае целесообразно снабжать предварительно напряженный элемент небольшим количеством ненапрягаемой арматуры. Ее располагают ближе к наружным поверхностям, чтобы она эффективнее усиливала элемент против возможных внецентренных воздействий в процессе обжатия. В условиях внецентренного растяжения находятся стенки резервуаров (бункеров), прямоугольных в плане, испытывающие внутреннее давление от содержимого, нижние пояса безраскосных ферм и некоторые другие элементы конструкций. Такие элементы одновременно растягиваются продольной силой N и изгибаются моментом М, что равносильно внецентренному растяжению усилием N с эксцентриситетом относительно продольной оси элемента.
Внецентренно растянутые элементы, относящиеся к случаю 2, армируют продольными и поперечными стержнями аналогично армированию изгибаемых элементов, а относящиеся к случаю 1 — аналогично армированию центрально-растянутых элементов. Внецентренно растянутые элементы, как и центрально-растянутые, обычно подвергают предварительному напряжению, что значительно повышает их трещииостойкость.
Стыки сборных растянутых элементов, через которые передаются растягивающие усилия, конструируют на сварке выпусков арматуры или стальных закладных деталей, а также с помощью арматурных изделий (пучков, канатов, стержней), перекрывающих стыки, размещаемых в каналах или пазах и натягиваемых на бетон. Элементы, подверженные изгибу с кручением В железобетонных конструкциях кручение элементов в чистом виде почти не встречается, но в сочетании с изгибом — весьма часто. В сравнении с изгибом сопротивление железобетонных элементов кручению существенно меньше. Поэтому в ряде конструкций, несмотря на относительно небольшие по абсолютному значению крутящие моменты, влияние их необходимо учитывать.
Примерами железобетонных элементов, испытывающих изгиб совместно с кручением, служат: мачта, находящаяся под воздействием поперечной внешней силы, приложенной на некотором расстоянии от оси элемента, балка с односторонне загруженной плитой и др.
При кручении железобетонного элемента в нем возникают главные сжимающие и главные растягивающие напряжения, направленные под углом 45° к продольной оси. Появление трещин и их наклон обусловлены интенсивностью и направлением главных растягивающих напряжений. В элементе, подверженном кручению, трещины расположены по винтообразным линиям. Они появляются на ранних стадиях загружения. После образования трещин усилия в направлении главных растягивающих напряжений воспринимает арматура, а усилия в направлении главных сжимающих напряжений — бетон. Разрушение элемента начинается, когда в растянутой арматуре появляются значительные неупругие удлинения.
Изгиб, сопровождаемый кручением, вызывает в железобетонном элементе прямоугольного сечения разрушение по одной из пространственных трещин, противоположные концы пространственной трещины, проходящей по трем сторонам элемента, близко подходят к сжатой зоне, расположенной у четвертой стороны.
Элементы, подверженные изгибу с кручением, должны быть снабжены арматурой, воспринимающей усилия от действия изгибающего момента, поперечной силы и крутящего момента. На участках чистого кручения их можно армировать спиральной арматурой или поперечными и продольными стержнями. Все продольные стержни, вводимые в расчет на кручение с полным расчетным сопротивлением, должны быть заведены для надежной анкеровки за грань опоры или специально заанкерены.
Характер работы железобетонных элементов при кручении требует, чтобы в вязаных каркасах хомуты были замкнутыми с перепуском концов на длину 30d, а в сварных каркасах все поперечные стержни вертикального и горизонтального направлений приварены точечной сваркой к угловым продольным стержням для образования замкнутых контуров или же сварены между собой с помощью загнутых концов хомутов дуговой сваркой с длиной шва не менее 10d.
В элементах сложного поперечного сечения (двутавровых, тавровых и др.), работающих на изгиб с кручением, все составляющие части сечения (ребра, полки) должны иметь замкнутое поперечное армирование в пределах каждой части. Расчет элементов прямоугольного сечения Напряженное состояние железобетонных элементов, возникающее вследствие воздействия изгиба с кручением, представляет одно из наиболее сложных явлений в железобетоне. Оно недостаточно изучено. У специалистов еще нет единого мнения относительно его сущности, поэтому в нормах ряда стран предложены методы расчета прочности таких элементов, существенно отличающиеся между собой.
Несущая способность элемента оценивается по методу предельного равновесия с учетом образования пространственной трещины в предположении, что предельное сопротивление арматуры, пересеченной трещиной, лимитируется пределом текучести, а бетона сжатой зоны — его прочностью при сжатии.
Разрушение элемента происходит в случае совместного действия изгиба и кручения с преобладающим влиянием изгибающего момента, при нулевом (или малом) значении поперечной силы.
В этом случае воздействия при расчете прочности элемента следует исходить из предположения, что в состоянии текучести находится продольная и поперечная арматура, расположенная у трех граней элемента, с соответствующей ориентировкой пространственной разрушающей трещины и положения сжатой зоны.
Опытами установлено, что кручение существенно снижает сопротивление элемента поперечной силе в сравнении с сопротивлением при изгибе без кручения.
Согласно СНиП, расчет должен производиться по трем расчетным схемам в зависимости от расположения сжатой зоны пространственного сечения: 1-я схема: сжатая зона пространственного сечения располагается у грани элемента, сжатой от изгиба; 2-я схема: сжатая зона — у грани элемента, параллельной плоскости изгиба; 3-я схема: сжатая зона — у грани элемента, растянутой от изгиба.
Прочность элемента предлагается проверять по всем трем схемам из условия, чтобы крутящий момент от действия внешней нагрузки, вычисленный относительно оси, проходящей в плоскости сжатой зоны через ее центр, не превышал суммы моментов предельных усилий в продольной и поперечной арматуре, пересеченной пространственной трещиной, взятых относительно той же оси. За расчетное значение принимается меньшее из трех.
Такое ограничение по соотношению поперечной и продольной арматуры в элементе введено для обеспечения эксплуатационных требований по деформативности элементов н ширине раскрытия трещин в бетоне, поскольку для элементов, подвергающихся изгибу с кручением, расчет предельных состояний по второй группе не разработан и нормами не предусматривается. Трещиностойкость и перемещения железобетонных элементов Трещиностойкостью элементов называется сопротивление образованию трещин в стадии I или сопротивление раскрытию трещин в стадии II. Трещиностойкость элементов проверяют расчетом в сечениях, нормальных к продольной оси, а при наличии поперечных сил также и в сечениях, наклонных к продольной оси. Расчеты трещиностойкости и перемещений элементов относятся к расчетам по второй группе предельных состояний.
В расчетах исходят из следующих положений: 1) напряжения в бетоне растянутой зоны перед образованием трещин равны Rbt 2) напряжения в напрягаемой арматуре равны сумме предварительного напряжения (с учетом потерь и с учетом коэффициента точности натяжения) и приращения напряжения, отвечающего приращению деформаций окружающего бетона после погашения обжатия; 3) напряжения в ненапрягаемой арматуре предварительно напряженных элементов равны сумме сжимающего напряжения, вызванного усадкой и ползучестью бетона, и приращения растягивающего напряжения, отвечающего приращению деформаций бетона.