В каких случаях целесообразно применение косвенного армирования.

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.

 

ЭКЗАМЕННАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 5

Деформации бетона.

 

Виды деформаций. В бетоне различают деформации двух основных видов: объемные, развивающиеся во всех направлениях под влиянием усадки, изменения температуры и влажности, и силовые, развивающиеся главным образом вдоль направления действия сил. Силовым продольным деформациям соответствуют некоторые поперечные деформации, начальный коэффициент поперечной деформации бетона v=0,2 (коэффициент Пуассона). Бетон представляет собой упругопластический материал. Начиная с малых напряжений, в нем помимо упругих восстанавливающихся деформаций развиваются неупругие остаточные или пластические деформации. Поэтому силовые деформации в зависимости от характера приложения нагрузки и длительности ее действия подразделяют на три вида: при однократном загружении кратковременной нагрузкой, при длительном действии нагрузки в при многократно повторном действии нагрузки.

Объемные деформации. Деформации, вызванные усадкой бетона, изменяются в довольно широком диапазоне. Деформация бетона при набухании в 2—5 раз меньше, чем при усадке.

Деформации бетона, возникающие под влиянием изменения температуры, зависят от коеффициента линейной температурной деформации бетона.

Деформации при однократном загружении кратковременной нагрузкой. Небольшая доля неупругих деформаций в течение некоторого периода времени после разгрузки восстанавливается (около 10 %). Эта доля называется деформадьей упругого последействия. Если испытываемый образец загружать по этапам и замерять деформации на каждой ступени дважды (сразу после приложения нагрузки и через некоторое время после выдержжи под нагрузкой), то на диаграмме получим ступенчатую линию. Деформации измеренные после приложения нагрузки, упругие и связаны с напряжениями линейным законом, а деформации, развивающиеся за время выдержки под нагрузкой, неупругие; они увеличиваются с ростом напряжений, и на диаграмме имеют вид горизонтальных площадок. При достаточно большом числе ступеней загр ужения зависимость между напряжениями и деформациями может изображаться плавной кривой. Так же и при разгрузке, если на каждой ступени замерять деформации дважды (после снятия нагрузки и через некоторое время после выдержки под нагрузкой), то можно получить ступенчатую линию, которую при достаточно большом числе ступеней разгрузки можно заменить плавной кривой, но только уже вогнутой.

Таким образом, упругие деформации бетона соответствуют лишь мгновенной скорости загружения образца, в то время как неупругие деформации развиваются во времени и зависят от скорости загружения образца v, МПа/с. С увеличением скорости загружения при одном и том же напряжении неупругие деформации уменьшаются.

При растяжении бетонного образца также возникает деформация состоящая из упругой и пластической частей. Деформации при длительном действии нагрузки. При длительном действии нагрузки неупругие деформации бетона с течением времени увеличиваются. Наибольшая интенсивность нарастания неупругих деформаций наблюдается первые 3—4 мес и может продолжаться несколько лет.

Свойство бетона, характеризующееся нарастанием деформаций при длительном действии нагрузки, называют ползучестью бетона. Деформации ползучести могут в 3—4 раза превышать упругие деформации. При длительном действии постоянной нагрузки, если деформации ползучести нарастают свободно, напряжения в бетоне остаются постоянными. Если же связи в бетоне (например, стальная арматура) стесняют свободное развитие ползучести, то ползучесть будет стесненной, при которой напряжения в бетоне уже не будут оставаться постоянными.

Если бетонному образцу сообщить некоторое начальное напряжение оь и начальную деформацию, а затем устранить возможность дальнейшего деформирования наложением связей, то с течением времени напряжения в бетоне начинают уменьшаться. Свойство бетона, характеризующееся уменьшением с течением времени напряжений при постоянной начальной деформации, называют релаксацией напряжений. Ползучесть и релаксация имеют общую природу и оказывают существенное влияние на работу железобетонных конструкций под нагрузкой. Опыты с бетонными призмами показывают, что независимо от того, с какой скоростью загружения v было получено напряжение, конечные деформации ползучести, соответствующие этому напряжению, будут одинаковыми. С ростом напряжений ползучесть бетона увеличивается. Загруженный в раннем возрасте бетон обладает большей ползучестью, чем старый бетон. Ползучесть бетона в сухой среде значительно больше, чем во влажной. Технологические факторы также влияют на ползучесть бетона: с увеличением W/C и количества цемента на единицу объема бетонной смеси ползучесть возрастает; с повышением прочности зерен заполнителей ползучесть уменьшается; с повышением прочности бетона, его класса ползучесть уменьшается. Бетоны на пористых заполнителях обладают несколько большей ползучестью, чем тяжелые бетоны.

Природа ползучести бетона объясняется его структурой, длительным процессом кристаллизации и уменьшением количества геля при твердении цементного камня. Под нагрузкой происходит перераспределение напряжений с испытывающей вязкое течение гелевой структурной составляющей на кристаллический сросток и зерна заполнителей. Одновременно развитию деформаций ползучести способствуюг капиллярные явления, связанные с перемещением в микропорах и капиллярах избыточной воды под нагрузкой. С течением времени процесс перераспределения напряжений затухает и деформирование прекращается. Ползучесть разделяют на линейную, при которой зависимость между напряжениями и деформациями приблизительно линейная, и нелинейную. При напряжениях, превышающих границу образования структурных микротрещин, начинается ускоренное развитие деформаций, или нелинейная ползучесть. Такое разделение ползучести условно, так как в некоторых опытах наблюдается нелинейная зависимость даже при относительно малых напряжениях. Отметим здесь существенно важное значение учета нелинейной ползучести для практических расчетов предварительно напряженных изгибаемых, внецентренно сжатых и некоторых других элементов.

Ползучесть и усадка бетона развиваются совместно. Поэтому полная деформация бетона представляет - собой сумму деформаций: упругой, ползучести и усадки. Однако в то время как усадка носит характер объемной деформации, ползучесть развивается главным образом в направлении действия усилия.

Деформации бетона при многократно повторном действии нагрузки. Многократное повторение циклов загружения и разгрузки бетонной призмы приводит к постепенному накапливанию неупругих деформаций. После достаточно большого числа циклов эти неупругие деформации, соответствующие данному уровню напряжений, постепенно выбираются, ползучесть достигает своего предельного значения, бетон начинает работать упруго. Такой характер деформирования наблюдается лишь при напряжениях, не превышающих предел выносливости. При больших напряжениях после некоторого числа циклов неупругие деформации начинают неограниченно расти, что приводит к разрушению образца, при этом кривизна линии меняет знак, а угол наклона к оси абсцисс последовательно уменьшается.

При вибрационных нагрузках с большим числом повторений в минуту (200—600) наблюдается ускоренное развитие ползучести бетона, называемое виброползучестью, или динамической ползучестью.

Предельные деформации бетона перед разрушением — предельная сжимаемость еиь и предельная растяжимость — зависят от прочности бетона, его класса, состава, длительности приложения нагрузки. С увеличением класса бетона предельные деформации уменьшаются, но с ростом длительности приложения нагрузки они увеличиваются. В опытах при осевом сжатии призм наблюдается предельная сжимаемость бетона (0,8...3)10-3, в среднем ее принимают равной 2-10_3. В сжатой зоне изгибаемых элементов наблюдается большая, чем у сжатых призм, предельная сжимаемость, зависящая от формы поперечного сечения и относительной высоты сжатой зоны, (2,7...4,5) 10-3; при уменьшении ширины поперечного сечения книзу и в тавровых сечениях еиь уменьшается, а при уменьшении относительной высоты сжатой зоны увеличивается. Она зависит также от насыщения продольной арматурой. Сжимаемость бетона значительно возрастает, если при его загружении происходит пропорциональное возрастание деформаций; в этом случае на диаграмме напряжения — деформации появляется нисходящий участок. Учет работы бетона на нисходящем участке диаграммы имеет существенно важное значение для расчета ряда конструкций.

Предельная растяжимость бетона в 10—20 раз меньше предельной сжимаемости, в среднем ее принимают равной l,5-10-4; бетоны на пористых заполнителях имеют несколько большую предельную растяжимость. Предельная растяжимость бетона существенно влияет на сопротивление образованию трещин в растянутых зонах железобетонных конструкций.

2.Потери предварительного напряжения.

Начальные предварительные напряжения в арматуре не остаются постоянными, с течением времени они уменьшаются. Различают первые потери предварительного напряжения в арматуре, происходящие при изготовлении элемента и обжатии бетона, и вторые потери, происходящие после обжатия бетона.

 

Первые потери

 

1. Потери от релаксации напряжений в арматуре при натяжении на упоры зависят от епособа натяжения и вида арматуры:

при механическом способе натяжения, МПа: высокопрочной арматурной проволоки и канатов, стержневой арматуры; при электротермическом и электротермомеханическом способах натяжения: высокопрочной арматурной проволоки и канатов, стержневой арматуры.

2. Потери от температурного перепада, т. е. от разности температуры натянутой арматуры и устройств, воспринимающих усилие натяжения при пропаривании или прогреве бетона.

3. Потери от деформации анкеров, расположенных у натяжиых устройств вследствие обжатия шайб, смятия высаженных головок, смещения стержней в зажимах или в захватах при механическом натяжении на упоры.

4. Потери от трения арматуры:

а) о стенки каналов или поверхность конструкции при натяжении на бетон

б) об огибающие приспособления при натяжении на упоры

6. Потери от быстронатекающей ползучести бетона зависят от условий твердения, уровня напряжений и класса бетона; развиваются они при обжатии (и в первые 2—3 ч после обжатия).

 

Вторые потери

 

7. Потери от релаксации напряжений в арматуре при натяжении на бетон высокопрочной арматурной проволоки и стержневой арматуры принимаются такими же, как и при натяжении на упоры. 8. Потери от усадки бетона и укорочения элемента зависят от вида бетона, способа натяжения арматуры, условий твердения.

9. Потери от ползучести бетона (следствие соответствующего укорочения элемента) зависят от вида бетона, условий твердения, уровня напряжений

10. Потери от смятия бетона под витками спиральной или кольцевой арматуры (при диаметре труб, резервуаров до 3 м)

11. Потери от деформаций обжатия стыков между блоками сборных конструкций.

Для конструкций, эксплуатируемых при влажности воздуха окружающей среды ниже 40 %, потери от усадки и ползучести бетона увеличиваются на 25 %. Для конструкций, эксплуатируемых в районах с сухим жарким климатом, эти потери увеличиваются на 50 %.

При натяжении арматуры на упоры учитывают:

первые потери — от релаксации напряжений в арматуре, температурного перепада, деформации анкеров, трения арматуры об огибающие приспособления, деформации стальных форм, деформации бетона от быстронатекающей ползучести;

вторые потери — от усадки и ползучести.

При натяжении арматуры на бетон учитывают:

первые потери — от деформации анкеров, трения арматуры о стенки каналов (или поверхности бетона конструкций);

вторые потери — от релаксации напряжений в арматуре, усадки и ползучести бетона, смятия бетона под витками арматуры, деформации стыков между блоками.

Суммарные потери при любом способе натяжения могут составлять около 30 % начального предварительного напряжения. В расчетах конструкций суммарные потери должны приниматься не менее 100 МПа.

3.Расчёт внецентренно сжатых железобетонных элементов с большим эксцентриситетом.

ЭКЗАМЕННАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 6

1.Объясните диаграмму "E "и "G " бетона при различных нагружениях.

2.Методика определения усилий предварительного обжатия бетона.

Усилие предварительного обжатия и его эксцентриситет относительно центра тяжести приведенного сечения (рис. 3.4) определяют по формулам:

Предварительные напряжения принимают: в стадии обжатия бетона — с учетом первых потерь; в стадиях транспортирования, возведения и эксплуатации — с учетом всех потерь.

Предварительные сжимающие напряжения в ненапрягаемой арматуре принимают численно равными:

в стадии обжатия бетона — потерям напряжений от быстронатекающей ползучести;

в стадиях транспортирования, возведения и эксплуатации — сумме потерь напряжений от ползучести (в том числе быстронатекающей) и усадки бетона.

Для ненапрягаемой арматуры, расположенной в растянутой при обжатии зоне, напряжение принимают равным нулю.