Стиснуті елементи, підсилені непрямим армуванням

Непрямим називають поперечне армування, яке ефективно стримує поперечні деформації, в результаті чого істотно збільшується несуча здатність елемента.

Конструкції круглого та многокутного поперечного перерізу армують спіралями та зварними кільцями (рис. 7.4). В елементах прямокутного поперечного перерізу використовують об’ємне непряме армування щільно розташованими поперечними сітками.

У межах ядра, вміщеного в середині спіралі або контуру зварної сітки, спостерігається підвищений опір бетону. Це пояснюється тим, що непряма арматура стримує поперечні деформації, що виникають під час поздовжнього стискування. В результаті цього підвищується опір стисканню навіть після утворення перших поздовжніх тріщин. Міцність елемента вичерпується, коли напруження у поперечній арматурі досягають границі текучості.

Для непрямого армування використовують арматурну сталь класів А-І, А-ІІ, А-ІІІ та Вр-І діаметром не більш як 14 мм. У колонах та палях сітками охоплюють всю робочу поздовжню арматуру. Відстань між вітками спіралі або кільцями в осях має бути не менш як 40 мм, не більш як 1/5 діаметра елемента і не більш як 100 мм; діаметр навивки спіралей або діаметр кілець слід приймати не менш як 200 мм.

У разі застосування непрямого армування зварними сітками мають бути додержані такі умови: площі перерізу сітки на одиницю довжини в обох напрямах мають різнитися не більш, як у 1,5 рази; крок сіток приймають не менш як 60 мм і не більш, як 1/3 меншої сторони перерізу елемента і не більш, як 150 мм; розміри чарунок сіток призначають не менш, як 45 мм і не більш, як 1/4 меншої сторони перерізу елемента і не більш, як 100 мм. Першу сітку розташовують на відстані 15...20 мм від навантаженої поверхні елемента.

 

Рис. 7.4. Стиснуті елементи з непрямим армуванням: а – зварними сітками; б – спіральною арматурою

 

Умовну критичну силу для елементів, підсилених непрямим армуванням, визначають за формулою (7.8), помноживши результат на коефіцієнт

, (7.15)

а значення d_e,min обчислюють за формулою

, (7.16)

де С_ef – висота бетонного ядра перерізу. Обчислюючи N_cr, розміри перерізу приймають за ядром поперечного перерізу.

Стиснуті елементи з непрямим армуванням розраховують за перерізом, який обмежено осями крайніх стержнів поперечної арматури із заміною R_b зведеною міцністю R_b,red.

При зварних поперечних сітках (рис. 7.4,а)

, (7.17)

де

, (7.18)

– (7.19)

коефіцієнт непрямого армування сітками.

У формулах (7.50)...(7.52): – відповідно число стержнів, площа поперечного перерізу і довжина стержня сітки в одному напрямі (рахуючи в осях крайніх стержнів); – те саме, в іншому напрямі; А_ef – площа ядра бетонного перерізу, вміщеного в середині контуру сіток (рахуючи в осях крайніх стержнів); S – відстань між сітками; R_s,xy – розрахунковий опір арматури сіток.

При спіральній і кільцевій арматурі (рис. 7.4,б)

, (7.20)

де m_cir – коефіцієнт непрямого спірального (кільцями) армування,

. (7.21)

У формулах (7.20) та (7.21) A_s,cir – площа перерізу спіральної (кільцевої) арматури; d_ef – діаметр ядра бетонного перерізу; S – крок навивки спіралі або відстань між кільцями; R_s,cir – розрахунковий опір арматури спіралі (кілець).

Граничне значення x_R визначають за відомою формулою, у яку w підставляють з урахуванням впливу непрямого армування

w = a - bR_b + d₂ £ 0,9. (7.22)

У формулі (7.22) d₂ – коефіцієнт, який приймають 10m при армуванні поперечними сітками чи спіральною арматурою, але не більш, як 0,15.

 

Контрольні запитання

1. Які Вам відомі елементи конструкцій, що працюють на стискання?

2. Яку форму та розміри поперечних перерізів приймають для стиснутих елементів? Чому?

3. Які класи бетонів застосовують для стиснутих елементів? Чому?

4. Яку арматуру і якого діаметру застосовують для армування стояків та колон?

5. Як вибирають віддалі між стержнями каркасів у стиснутих елементах?

6. Які мінімальні відсотки армування для стиснутих елементів? Від чого вони залежать?

7. Які оптимальні відсотки армування для стиснутих елементів? Чому не рекомендується приймати відсоток армування більший за 3%?

8. Як встановлюють поперечну арматуру в каркасах для армування стиснутих елементів?

9. Як розраховують на міцність стиснуті елементи, що працюють з випадковими ексцентриситетами?

10. Покажіть схему та запишіть формули загального випадку розрахунку позацентрово стиснутих елементів на міцність.

11. Як визначають початковий ексцентриситет позацентрово стиснутого елемента? Як він змінюється під дією згинального момента? Як це впливає на міцність позацентрово стиснутого елемента?

12. За допомогою якого коефіцієнта враховують збільшення початкового ексцентриситету в елементах, що працюють на позацентровий стиск? Запишіть та поясніть формулу для визначення умовної критичної сили.

13. В чому суть непрямого армування стиснутих елементів?

14. Яку арматуру використовують для непрямого армування стиснутих елементів?

15. Які умови мають бути дотримані у разі застосування сіток для непрямого армування стиснутих еементів?

16. Які умови мають бути дотримані у разі застосування спіралей та кілець для непрямого армування стиснутих елементів?

17. Який переріз є розрахунковим при розрахунку стиснутих елементів з непрямим армуванням на міцність? Запишіть та поясніть формулу для визначання зведеної міцності бетону, заармованого сітками.

18. Який переріз є розрахунковим при розрахунку стиснутих елементів з непрямим армуванням на міцність? Запишіть та поясніть формулу для визначання зведеної міцності бетону, заармованого кільцями або спіралями.

 

Розділ 8

Розтягнуті елементи

Конструктивні особливості

 

Центрально розтягнуті елементи. У разі центрального розтягання напрям розтягувальної сили N збігається з поздовжньою віссю елемента. В умовах центрального розтягання перебувають стягелі арок, нижні пояси і додільні косці ферм, стінки круглих у плані резервуарів, які зазнають тиску рідини р (рис. 8.1, а) та деякі інші конструктивні елементи.

Елементи, які працюють на центральне розтягання, виготовляють переважно попередньо напруженими, що істотно підвищує тріщиностійкість перерізів.

При виготовленні елементів використовують натягування арматури як на упори, так і на бетон і застосовують усі види армування: дротяне, пучками, канатами та стержнями.

 

Рис. 8.1. Центрально-розтягнуті елементи конструкцій: а – робота елементів на центральне розтягання; б – попередньо напружені елементи; 1 – стягель арки; 2 – стінка резервуара; 3 – нижній пояс ферми; 4 – напружена арматура

 

По довжині стержньову ненапружувану арматуру з’єднують, як правило, на зварюванні. Розтягнуту попередньо напружувану арматуру в лінійних елементах виконують без стиків. У поперечному перерізі таку арматуру розміщують симетрично (рис. 8.1, а), щоб запобігти позацентровому стисканню елемента під час передачі зусилля обтискування. В разі натягування на бетон попередньо напружувану арматуру розміщають у каналах. У процесі обтискування ця арматура не працює. Тому конструкцію доцільно армувати невеликою кількістю ненапружуваної поздовжньої арматури (рис. 8.1, б), розташованої ближче до зовнішньої поверхні, щоб підсилити елемент проти можливих ексцентричних впливів у процесі обтискування. Щоб запобігти появі поздовжніх тріщин від зусилля обтискування по довжині розтягнутих елементів установлюють поперечну арматуру (хомути, сітки) із стержнів діаметром 5...6 мм з кроком 500 мм.

Перерізи розтягнутих елементів приймають круглими, квадратними або прямокутними з симетричним армуванням по периметру або по усій площі перерізу.

Позацентрово розтягнуті елементи. В умовах позацентрового розтягання перебувають стінки прямокутних у плані резервуарів (бункерів), які зазнають внутрішнього тиску від вмісту, нижні пояси безкосцевих ферм та інших ферм при підвішуванні до них тягарів F поза вузлами.

У таких елементах одночасно діють поздовжня сила N та згинальний момент М, що рівнозначно позацентровому розтягуванню зусиллям N з ексцентриситетом е₀ =М/N відносно поздовжньої осі.

Можливі такі два випадки позацентрового розтягання. Перший – коли розтягувальна сила діє між рівнодійними зусиль в арматурах А_s та А_sp і та . Причому арматури A_s та A_sp розташовані ближче до лінії дії сили N. Характер напруженого стану близький до центрального розтягання. У другому випадку сила N діє за межами відстані між рівнодійними зусиль у арматурах A_s, A_sp та і елементи армують як такі, що працюють на згинання, бо напружений стан їх подібний до згину.

Позацентрово розтягнуті елементи звичайно попередньо напружують, що значно підвищує їхню тріщиностійкість.

Для розрахунку конструкцій в обох випадках напруженого стану площа перерізу поздовжньої арматури має становити не менш, як 0,05% площі перерізу елемента.

Стики розтягнутих елементів, через які передаються розтягувальні зусилля, виконують на зварюванні випусків арматури або сталевих закладних деталей, а також за допомогою попередньо напружуваної арматури, що перекриває стики (пучків, канатів, стержнів).