Бетон, арматура и железобетон

ОГЛАВЛЕНИЕ

введение.............................................................................................................. 4

1. БЕТОН, АРМАТУРА И ЖЕЛЕЗОБЕТОН (Вопросы 1…28)............................... 5

2. ПРЕДНАПРЯЖЕННЫЙ ЖЕЛЕЗОБЕТОН (Вопросы 29…56).......................... 16

3. ПРОЧНОСТЬ ПРИ ПОПЕРЕЧНОМ ИЗГИБЕ (Вопросы 57…120).................... 30

3.1. нормальные сечения (Вопросы 57…82).......................................... 30

3.2. наклонные сечения (Вопросы 83…103).......................................... 45

3.3. изгибаемые элементы (Вопросы 104…120).................................. 56

4. прочность при сжатии, растяжении и местном действии нагрузки (Вопросы 121…146) 69

5. ТРЕЩИНОСТОЙКОСТЬ И ПЕРЕМЕЩЕНИЯ (Вопросы 147…171)................ 81

6. СОЕДИНЕНИЯ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ (Вопросы 172…187)... 95

7. НАГРУЗКИ (Вопросы 188…199).................................................................... 103

8. размерности (Вопрос 200)........................................................................ 109

основные буквенные обозначения..................................................... 110

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК.................................................................... 112

 

 

 

 

Введение

Общий курс "Железобетонные конструкции" относится к числу самых трудных в вузовской программе обучения по специальности 290300 "Промышленное и гражданское строительство", не говоря уже о других строи­тельных специальностях, имеющих меньший объем курса. Связано это, прежде всего, со сложностью самого железобетона – двуединого материла, работу которого далеко не всегда возможно описать классическими методами строительной механики.

Особую важность представляет 1-я часть курса, излагающая основ­ные понятия об упруго-пластической работе материалов, об условиях сов­местной работы бетона и арматуры, о напряженно-деформированном состо­янии обычных и предварительно напряженных элементов, о методах расчета прочности и трещиностойкости сечений и т.д. Без знания их невозможно не только осознанно и грамотно проектировать сами конструкции, но и иметь общее представление об их работе, необходимое инженеру на стройплощадке.

Между тем, как показывает опыт, именно эти базовые понятия наибо­лее слабо усваиваются студентами по причине того, что многие физичес­ки тесно связанные вопросы в лекциях и учебниках хронологически отда­лены друг от друга (а недостаток практических занятий проблему еще более усугубляет).

Попытками устранить этот изъян, осветить под несколько иными углами известные вопросы, показать причинные связи между ними и вызвано появление на свет настоящей книги, форма изложения в кото­рой была подсказана автору его многолетним опытом педагогической работы. Содержание учебного пособия охватывает все темы первой части курса "Железобетонные конструкции", исключая только работу про­странственных сечений и сопротивление динамическим воздействиям. В отдельную главу пособия выделена тема «Соединения железобетонных элементов», которая, имея самое непосредственное отношение к экспериментально-теоретическим основам курса, играет важнейшую роль в проектном деле и которая в учебниках, как правило, отдельно не рассматривается.

Разу­меется, пособие не заменяет ни лекций, ни учебников, а служит лишь до­полнением к ним. Более того, пользоваться пособием целесообразно, уже имея определенные знания о железобетоне, – тогда оно поможет углубить и быстрее систематизировать эти знания, лучше разобраться в физической сути расчетов сечений и работе самих конструкций.

 

БЕТОН, АРМАТУРА И ЖЕЛЕЗОБЕТОН

ДЛЯ ЧЕГО БЕТОНУ АРМАТУРА?

Бетон – это искусственный камень. Его прочность на сжатие намного (в 10...20 раз) превосходит прочность на растяжение. Поэтому бе­тон, как и природный камень, используют в тех частях зданий и сооружений, которые работают преимущественно на сжа­тие: в фундаментах, стенах, сводах, опорах мостов и т.п. Для изгибаемых элементов – балок, плит – бетон не годится: он разрушится от разрыва растянутой зоны при очень небольших нагрузках, задолго до исчерпания прочности сжатой зоны.

Если в растянутую зону ввести стальную арматуру (стержни, канаты и т.п.) и обеспечить ее надежное сцепление с бетоном, то после образования трещин она возьмет на себя все растягивающие усилия, оставив бетону только сжимающие. (А прочность арматуры на растяжение в сотни раз выше, чем у бетона.) Таким образом, изгибающему моменту будет сопротивляться внутренняя пара сил: сжимающая в бетоне и растягивающая в арматуре. Забегая вперед, отметим, что часто требуется устанавливать арматуру и в сжатом бетоне (см. главы 3 и 4).

ДЛЯ ЧЕГО АРМАТУРЕ БЕТОН?

Бетон – материал более долговечный, чем арматурная сталь, он менее подвержен коррозии. Кроме того, по сравнению со сталью бетон обладает более высокой огнестойкостью, т.е. дольше сохраняет несущую способность при действии высокой температуры, что особенно важно для успешной эвакуации при пожаре. Поэтому арматура, уложенная внутрь бетонного тела, хорошо защищена слоем бетона от коррозии и высокой температуры. Нормы проектирования устанавливают минимальные величины защитного слоя бетона: не менее диаметра стержня (в ряде случаев не менее 2-х диаметров) и не менее 10...70 мм в зависимости от типа конструкции и условий эксплуатации. Отметим также, что без защитного слоя невозможно обеспечить надежное сцепление арматуры с бетоном, а значит и их совместное деформирование.

ЧТО ТАКОЕ УСАДКА БЕТОНА?

Это свойство бетона самопроизвольно уменьшаться в объеме (укорачиваться во всех направлениях) в процессе твердения и набора прочности в воздушной среде. Усадке подвергается не весь бетон, а только цементный камень. Уменьшаясь в объеме, он сжимает встречающиеся препятствия (крупный заполнитель, арматуру), от которых, в свою очередь, получает реакции противодействия. Следовательно, в препятствии возникают сжимающие, а в цементном камне растягивающие напряжения. Последние приводят к появлению усадочных трещин. Чем меньше защитный слой бетона и чем больше диаметр арматуры, тем больше вероятность образования усадочных трещин на поверхности бетона (вот, кстати, еще одна причина, почему толщина защитного слоя зависит от диаметра арматуры). Если в обычной арматуре усадка вызывает сжимающие напряжения, то в преднапряженной приводит к уменьшению (потерям) растягивающих напряжений.

ОТ ЧЕГО ЗАВИСИТ СЦЕПЛЕНИЕ?

От нескольких факторов, главные из которых: силы склеивания цементного камня с поверхностью металла, силы трения, вызванные усадкой бетона, и силы механического зацепления выступов арматуры за бетон (последние – у арматуры периодического профиля). Эти силы Т_сц препятствуют проскальзыванию арматуры относительно бетона и направлены в сторону, противоположную направлению смещения арматуры. Они являются реакцией противодействия и в сумме равны продольному усилию в стержне: S Т_сц = N_s. Очевидно, что сцепление лучше у арматуры периодического профиля и хуже у гладких стержней, особенно с промасленной, грязной или ржавой поверхностью. На практике пользуются не сосредоточенными силами Т_сц, а касательными напряжениями t_сц = Т_сц /А_сц, где А_сц – площадь поверхности контакта арматуры и бетона.

ПРЕДНАПРЯЖЕННЫЙ ЖЕЛЕЗОБЕТОН

ЧТО ТАКОЕ ПРЕДВАРИТЕЛЬНО НАПРЯЖЕННЫЙ ЖЕЛЕЗОБЕТОН?

Это железобетон (элемент, конструкция), в котором до приложения внешней нагрузки искусственно создают внутренние напряжения, чаще всего, противоположные по знаку тем напряжениям, которые будут возникать при действии внешней нагрузки.

КАК СОЗДАЮТ ПРЕДНАПРЯЖЕНИЕ?

Создают, в основном, за счет предварительного напряжения рабочей арматуры двумя способами. 1-й способ: заранее бетонируют конструкцию, оставляют в ней каналы, в них пропускают арматуру (пучки из проволок, канаты, стержни); после набора бетоном необходимой прочности арматуру натягивают, а ее концы закрепляют на торцах конструкции. Одновременно с натяжением арматуры происходит сжатие (обжатие) бетона. Поскольку усилие натяжения Р передается на затвердевший бетон, способ называется “натяжением на бетон” (рис. 13,а).

2-й способ: вначале натягивают арматуру и закрепляют ее концы на упорах стенда или формы, затем бетонируют изделие, а после набора бетоном необходимой прочности отпускают с упоров арматуру. Упруго укорачиваясь, арматура обжимает бетон за счет сил сцепления. Этот способ называется “натяжением на упоры” (рис. 13,б).

Преднапряжение можно создать и с помощью напрягающего цемента НЦ, при твердении которого бетон не уменьшается, а увеличивается в объеме, удлиняя за собой и арматуру: в ней возникают растягивающие напряжения, а сама она воздействует на бетон в виде сжимающих сил. Этот способ пока имеет очень ограниченное применение.

Рис. 13

КАК НАТЯГИВАЮТ АРМАТУРУ?

Натягивают механическим (гидродомкраты, грузы, рычаги) или электротермическим методами. Сущность второго состоит в следующем: заготавливают стержни определенной, точно выверенной длины с анкерами по концам (см. вопрос 39), нагревают их сильным током до температуры не выше 350…400^оС (иначе произойдет разупрочнение стали). При нагреве стержни удлиняются и в таком состоянии их закрепляют на упорах. В процессе охлаждения стержни стремятся укоротиться, т.е. вернуться в исходное состояние, но упоры этому препятствуют – в результате, в арматуре возникают растягивающие напряжения.

Нормальные сечения

Наклонные сечения

ЧТО ТАКОЕ КОРОТКИЕ КОНСОЛИ?

Это консоли, которые удовлетворяют условию l₁ £ 0,9 h₀, где l₁ – расчетный вылет, h₀ – рабочая высота. Обычно они представляют собой боковые выступы у колонн, служащие опорами балок, ригелей и тому подобных конструкций.

Изгибаемые элементы

МОЖНО ЛИ ЗАРАНЕЕ ПЛАНИРОВАТЬ ПЕРЕРАСПРЕДЕЛЕНИЕ МОМЕНТОВ?

В предыдущем примере показано, как с помощью ПШ удалось выровнять опорные и пролетный моменты и увеличить нагрузку на балку. Такие задачи встречаются не часто, обычно нагрузка известна заранее. Тогда ПШ можно использовать по-другому, а именно: выровнять опорные (M¢₁ = ql² / 12) и пролетный (M₁ = ql²/ 24) моменты, передвинув параллельно вниз всю эпюру (рис. 62). Поскольку |M¢₁| + M₁=ql²/ 12 + ql²/ 24 = =ql²/ 8, то после выравнивания M₂ = –M¢₂ = ql² / 16. По сравнению с упругой схемой опорные моменты M¢₂ снизились на 1/4, а пролетный M₂ вырос на 1/2. Очевидно, что эпюра моментов оказалась передвинутой вниз на величину DM = ql² / 48, что равносильно добавлению к существующей упругой эпюре еще одной эпюры DM со знаком«+» (рис. 62).

Именно так и поступают в практике проектирования, а эпюру DM называют «добавочной». Ординаты эпюры DM имеют одно ограничение: они не должны превышать 30 % значений того максимального упругого момента, который предстоит снижать. Таким образом, с помощью добавочных эпюр можно заранее запланировать перераспределение моментов. Форма добавочной эпюры зависит от расчетной схемы конструкции. Например, у двухпролетной свободно опертой неразрезной балки она будет треугольной, так как на крайних опорах моменты возникать не могут.

КАК РАССЧИТЫВАЮТ НА ОТРЫВ?

Отрыв возникает, когда нагрузка приложена к нижней грани элемента или в пределах высоты его сечения. Например, отрыв части бетона балки может вызвать нагрузка от оборудования, подвешенного к ней через отверстия в стенке; отрыв бетона в главной балке монолитного ребристого перекрытия могут вызвать опорные реакции второстепенных балок. Механизм отрыва очень похож на механизм продавливания – разрушение бетона тоже происходит от среза и тоже под углом 45⁰.

Однако в расчете на отрыв сопротивление бетона срезу по поверхности отрыва учитывают косвенно, корректируя величину отрывающей силы F. Ее сравнивают с несущей способностью дополнительной поперечной арматуры, устанавливаемой в обязательном порядке по длине зоны отрыва a (рис. 74). Тогда условие прочности имеет вид: F (1– h_s/h₀) £ SR_swA_sw, где SR_swA_sw – сумма поперечных усилий, воспринимаемых хомутами (поперечными стержнями) по длине зоны a. Разумеется, хомуты должны быть надежно заанкерены по обе стороны от поверхности отрыва.

 

 

 

 

ЧТО ТАКОЕ ЗАКРЫТИЕ ТРЕЩИН?

Выше (вопрос 148) отмечено, что постоянные и длительные нагрузки действуют продолжительно, а полные нагрузки (включая кратковременные) – непродолжительно. Можно запроектировать конструкцию так, чтобы от действия полной нагрузки непродолжительное раскрытие трещин а_crc1 было ограничено, а после снятия кратковременной нагрузки (остаются только постоянная и длительная) трещины закрылись полностью, т.е. а_crc2 = 0, - и не только закрылись, но и зажались бы под действием сжимающих напряжений величиной не менее 0,5 МПа, как предписывают Нормы. Создать сжимающие напряжения на растянутой грани можно только при наличии предварительного напряжения.

В ЧЕМ СУТЬ РАСЧЕТА ПО ОБРАЗОВАНИЮ НОРМАЛЬНЫХ ТРЕЩИН ПРИ ИЗГИБЕ?

Суть - в выполнении условия М £ М_crc, где М - изгибающий момент в нормальном сечении от внешней расчетной нагрузки, а М_crc - момент внутренних сил, который сопротивляется образованию трещин.

Чтобы вызвать образование трещин в сечении преднапряженного изгибаемого элемента, нужно загрузить его внешним моментом, численно равным М_crc и состоящим из двух слагаемых: М_р - момента, который погашает предварительное обжатие крайнего волокна бетона (на рис. 75 - нижнего), т.е. уменьшает в нем сжимающие напряжения от s_bp до 0, и М_bt - момента, который повышает в этом же волокне растягивающие напряжения от 0 до сопротивления бетона растяжению R_bt,ser. Очевидно, что при отсутствии преднапряжения первое слагаемое отсутствует.

Рис. 75

 

Поскольку М_р = W_reds_bp, а s_bp = P / A_red + Pe_op / W_red (см. вопрос 49), то подставив второе выражение в первое, получим (рис. 76,а):

M_p = W_red (P/A_red + Pe_op /W_red) = P (r + e_op),

где r = W_red /A_red - расстояние от центра тяжести приведенного сечения до верхней ядровой точки (радиус ядра сечения). Для учета неупругих свойств бетона вводят поправочный коэффициент j, составляющий в зависимости от напряжений в сжатом бетоне от0,7 до 1. Тогда r = =jW_red /A_red. Другими словами, М_р - это момент силы обжатия Р относительно ядровой точки, наиболее удаленной от растянутого волокна, обозначается он М_rp.

M_bt = W_pl R_bt,ser - обычная формула сопромата, в которую только внесена поправка на неупругие деформации бетона растянутой зоны: W_pl - упруго-пластический момент сопротивления приведенного сечения. Его можно определить по формулам Норм или из выражения W_pl = gW_red, где W_red - упругий момент сопротивления приведенного сечения для крайнего растянутого волокна (в нашем случае - нижнего), g = (1,25...2,0) - зависит от формы сечения и определяется по таблицам справочников. R_bt,ser - расчетное сопротивление бетона растяжению для предельных состояний 2-й группы (численно равное нормативному R_{bt, n}).

Рис. 76

КАК РАССЧИТЫВАЮТ НОРМАЛЬНЫЕ СЕЧЕНИЯ ПО ОБРАЗОВАНИЮ ТРЕЩИН ПРИ ВНЕЦЕНТРЕННОМ СЖАТИИ И РАСТЯЖЕНИИ?

Принцип расчета тот же, что и при изгибе. Нужно только помнить, что моменты продольных сил N от внешней нагрузки принимают относительно ядровых точек (рис. 76, б, в):

при внецентренном сжатии М_r = N (e_o - r), при внецентренном растяжении М_r = N (e_o + r). Тогда условие трещиностойкости принимает вид: M_r £ M_crc = M_rp + M_bt - то же, что и при изгибе. (Вариант центрального растяжения рассмотрен в вопросе 50.) Напомним, что отличительной особенностью ядровой точки является то, что приложенная в ней продольная сила вызывает на противоположной грани сечения нулевые напряжения (рис. 78).

В ЧЕМ ОСОБЕННОСТЬ РАСЧЕТА НОРМАЛЬНЫХ СЕЧЕНИЙ ПО ОБРАЗОВАНИЮ ТРЕЩИН В СТАДИИ ОБЖАТИЯ, ТРАНСПОРТИРОВКИ И МОНТАЖА?

Все зависит от того, трещиностойкость какой грани проверяют и какие при этом действуют усилия. Например, если при перевозке балки или плиты подкладки находятся на значительном расстоянии от торцов изделия, то в опорных сечениях действует отрицательный изгибающий момент М_w от собственного веса q_w (с учетом коэффициента динамичности k_Д = 1,6 - см. вопрос 82). Сила обжатия Р₁ (с учетом первых потерь и коэффициента точности натяжения g_sp > 1) создает момент того же знака, поэтому ее рассматривают как внешнюю силу, которая растягивает верхнюю грань (рис.79), и при этом ориентируются на нижнюю ядровую точку r¢. Тогда условие трещиностойкости имеет вид:

М_w + P₁ (e_op - r¢) £ R_bt,ser W¢_pl, где W¢_pl - упруго-пластический момент сопротивления для верхней грани. Заметим еще, что величина R_bt,ser должна соответствовать передаточной прочности бетона.

КАК РАССЧИТЫВАЮТ ПО ОБРАЗОВАНИЮ ТРЕЩИН ВНЕЦЕНТРЕННО СЖАТЫЕ БЕТОННЫЕ СЕЧЕНИЯ?

Выше отмечалось (вопрос 139), что для случаев, когда прочность бетонных сечений определяется прочностью растянутой зоны, необходимо выполнять расчет по образованию трещин. Перед образованием трещин работа сечения соответствует стадии 1 (см. вопрос 64): эпюру напряжений в сжатой зоне принимают треугольной, в растянутой – прямоугольной (рис. 81). Условие трещиностойкости имеет вид:

s_bt £ R_bt, или (–N/A + Ne₀/W) £ R_bt,

где A и W – площадь бетонного сечения и его момент сопротивления относительно растянутой грани. Умножив обе части неравенства на W, получим N (e₀ – r) £ R_btW, или N £ R_bt W/ (e₀ – r), где r – радиус ядра сечения. Введя коэффициенты a (учитывающий вид бетона) и h (учитывающий дополнительный эксцентриситет от прогиба элемента), а также заменив упругий момент сопротивления W на упруго-пластический W_pl, окончательно получим условие трещиностойкости: N £ aR_btW_pl / (e₀h – r). Правая часть неравенства может оказаться и отрицательной величиной (если e₀h < r) – это означает, что сила N приложена в пределах ядра сечения и все сечение сжато.

КАК РАССЧИТЫВАЮТ НАКЛОННЫЕ СЕЧЕНИЯ ПО ОБРАЗОВАНИЮ ТРЕЩИН?

По известной формуле сопромата определяют, как для упругого материала, главные растягивающие напряжения s_mt в двух наиболее опасных точках поперечного сечения - на уровне ц.т. приведенного сечения и в местах примыкания стенки (ребра) к сжатой полке:

s_mt = (s_x + s_y)/2 + Ö(s_x – s_y)²/4 – t²_xy,

где s_х - нормальные напряжения от действия силы обжатия Р и изгибающего момента М от внешней нагрузки, s_y - вертикальные напряжения от местного действия опорных реакций и сосредоточенных сил, а также от усилия обжатия преднапряженными хомутами (поперечной арматурой) или отогнутой арматурой, t_xy - касательные напряжения от действия Q и от усилия обжатия преднапряженной отогнутой арматурой. Условие трещиностойкости: s_mt £ g_b4R_bt,ser, где значение g_b4, зависящее от вида бетона и его прочности, определяют по Нормам проектирования. Для свободно опертых изгибаемых элементов рассчитывают, как правило, сечения у грани опоры, в конце зоны передачи напряжений l_p (см. вопрос 53) и в местах резкого изменения формы сечения, а по высоте сечения – на уровне центра тяжести и в местах примыкания сжатой полки к стенке.

КАК ОПРЕДЕЛЯЮТ КРИВИЗНУ?

Если трещин в растянутой зоне нет, то используют известную формулу строительной механики с введением поправочных коэффициентов: 1 /r = Mj_b2 / (j_b1E_bJ_red), где j_b1= 0,85 учитывает влияние кратковременной (быстронатекающей) ползучести, j_b2 ³ 1 - влияние длительной ползучести при действии постоянных и длительных нагрузок.

Рис. 86

 

Если тре­щины есть, то задача усложняется: даже на участке между соседними трещинами кривизна меняется, поскольку меняются деформации растянутой арматуры e_s и сжатого бетона e_b, соответственно меняется и положение нейтральной оси (рис. 86). Поэтому приходится оперировать средней кривизной на участке с трещинами, которая выражается через средние деформации арматуры e_sm и бетона e_bm и среднюю высоту сжатой зоны х_m. Из подобия треугольников (рис. 86): Ds/r = Dl_b/x_m = Dl_s/ (h_o - x_m) = = (Dl_b + Dl_s) /h_o, или 1/r = (e_sm +e_bm) /h_o. По отношению к напряжениям и деформациям в сечении с трещиной средние деформации e_sm = y_se_s = =y_ss_s/E_s; e_bm= y_be_b = y_bs_b/ (nE_b), тогда 1/r = s_sy_s / (E_sh_o) + s_by_b / (nE_bh_o). С учетом прямоугольной эпюры сжатой зоны s_s = M/ (A_sz); s_b = M/ (A_bz). Окончательно имеем , где М – момент всех сил (в т.ч. и силы обжатия Р) относительно ц.т. растянутой арматуры; A_b - площадь сжатой зоны (для прямоугольного сечения A_b= =bx_m). Последнее слагаемое учитывает наличие продольной растягивающей (+) или сжимающей (-) силы N (в т.ч. и силы обжатия Р), а коэффициенты учитывают: y_s - работу растянутого бетона между трещинами, y_b - неравномерность деформаций сжатого бетона между трещинами, n - неупругие деформации бетона в зависимости от длительности действия нагрузки. Величины коэффициентов определяют по Нормам проектирования.

ЧТО ТАКОЕ ЗАКЛАДНЫЕ ДЕТАЛИ?

Рис.87

Это пластины или прокатные профили, выступающие на поверхность бетона (поз. 1 на рис.87), и приваренные к ним анкера из стержней периодического профиля (поз. 2), уходящие вглубь бетона. Иногда в качестве анкеров применяют гладкие стержни с крюками по концам. Соединение конструкций обеспечивается сварными швами (поз. 3). Детали называют закладными, потому что их закладывают в форму до бетонирования изделий, наряду с арматурой. В зависимости от типов соединяемых элементов и действующих нагрузок, закладные детали могут испытывать воздействие самых разнообразных

усилий: моментов, нормальных и сдвигающих сил. Эти же усилия действуют и на сварные швы.

ЧТО ТАКОЕ ИДЕАЛЬНЫЙ ШАРНИР?

Это шарнир, который не препятствует взаимному повороту соединяемых элементов, т.е. исключает появление изгибающих моментов в сечениях, примыкающих к шарниру (рис.89,а). Практически такой шарнир выполнить невозможно, поскольку даже при наличии смазки в нём останутся незначительные силы трения, которые будут препятствовать повороту, а значит, создадут защемление и момент, пусть и ничтожно малый. Близкие к идеальным шарниры применяют для опор пролётных строений мостов (рис.89,б) и некоторых большепролётных конструкций покрытий. Однако для массового строительства такие шарниры слишком дороги, поэтому там используют более простые решения (см. вопрос 176).

Рис.89 (* сварные швы)

 

ЧТО ТАКОЕ ВЫПУСКИ АРМАТУРЫ?

Это концы арматурных стержней, выходящие наружу из тела бетона. Чтобы обеспечить передачу усилия, выпуски обычно сваривают между собой ванной сваркой (реже дуговой сваркой с накладками), а затем обетонируют. Такой способ применяют, например, в жёстком стыке колонн, показанном на рис.92 (где поз.1 – выпуски арматуры, 2 – ванная сварка, 3 – монолитный бетон), в жёстком соединении ригелей с колоннами (см. вопрос 183 и рис. 93) и во многих других случаях. Выпуски устраивают и в монолитном железобетоне, когда требуется наращивать арматуру по мере бетонирования массивной или протяженной конструкции.

Рис. 92

Рис. 93

НАГРУЗКИ

Что такое грузовая площадь?

Это площадь А, с которой на конструкцию передается равномерно распределенная нагрузка q. Грузовой площадью пользуются для определения коэффициента сочетаний yА (см. вопрос 195), а также для подсчета нагрузки на колонну в виде сосредоточенной силы N. Например, действующее на колонну К1 среднего ряда (рис. 98, вид сверху) усилие равняется N = qA1 (где q – нагрузка на

Рис. 98

перекрытие, A₁ = l₁´ l₂ – грузовая площадь колонны, l₁ и l₂ – продольный и поперечный шаг колонн), а на колонну К2 крайнего ряда N = qA_2, где A₂ = (0,5 l₁ + a) l₂. Если колонны расставлены с нерегулярным шагом, то границы грузовой площади принимают посередине расстояний между соседними колоннами.

Такой прием широко применяется в практике проектирования, хотя он не всегда бывает точен. Например, если на колонны передается нагрузка через многопролетные неразрезные ригели, то опорные реакции последних будут отличаться от вышеприведенных сил N, особенно в крайних колоннах.

Что такое грузовая полоса?

Это полоса, с которой на конструкцию передается равномерно распределенная по площади нагрузка q в виде равномерно распределенной погонной нагрузки q1. Например, действующая на балку Б1 (рис. 99, вид сверху) погонная нагрузка равняется q1 = qВ, где В = l1 – ширина грузовой полосы, равная шагу балок. При неодинаковом шаге балок границы полосы В находятся посередине расстояний до осей смежных балок.

Рис. 99

Размерности

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. СНиП 2.03.01-84^*. Бетонные и железобетонные конструкции / Госстрой СССР. - М.: ЦИТП, 1989. – 80 с.

2. Пособие по проектированию бетонных и железобетонных конструкций из тяжелых и легких бетонов без предварительного напряжения арматуры (к СНиП 2.03.01-84).- М.: ЦИТП, 1989. – 192 с.

3. Пособие по проектированию предварительно напряженных железобетонных конструкций из тяжелых и легких бетонов (к СНиП 2.03.01-84). - М.: ЦИТП, 1986. – Ч. 1. – 188 с.; Ч. 2. – 144 с.

4. СНиП 2.01.07-85*. Нагрузки и воздействия / Госстрой СССР. – М.: Минстрой РФ, 1996.

5. СНиП 2.03.11-85. Защита строительных конструкций от коррозии / Госстрой СССР. - М.: ЦИТП, 1986. – 48 с.

6. Михайлов К.В. Проволочная арматура для предварительно напряженного железобетона. - М.: Стройиздат, 1966. – 90 с.

7. Мулин Н.М. Стержневая арматура железобетонных конструкций. - М.: Стройиздат, 1974. – 232 с.

8. Новое в проектировании бетонных и железобетонных конструкций / Под ред. А.А. Гвоздева. - М.: Стройиздат, 1978. – 204 с.

9. Расчет железобетонных конструкций по прочности, трещиностойкости и деформациям / А.С. Залесов, Э.Н. Кодыш, Л.Л. Лемыш, И.К. Никитин. - М.: Стройиздат, 1988. – 220 с.

10. Байков В.Н., Сигалов Э.Е. Железобетонные конструкции: Общий курс: Учеб. для вузов. - М.: Стройиздат, 1991. – 767 с.

11. Габрусенко В.В. К расчету железобетонных изгибаемых элементов на поперечную силу // Известия вузов. Строительство, 1994. – № 5,6.- С. 115-117.

ОГЛАВЛЕНИЕ

введение.............................................................................................................. 4

1. БЕТОН, АРМАТУРА И ЖЕЛЕЗОБЕТОН (Вопросы 1…28)............................... 5

2. ПРЕДНАПРЯЖЕННЫЙ ЖЕЛЕЗОБЕТОН (Вопросы 29…56).......................... 16

3. ПРОЧНОСТЬ ПРИ ПОПЕРЕЧНОМ ИЗГИБЕ (Вопросы 57…120).................... 30

3.1. нормальные сечения (Вопросы 57…82).......................................... 30

3.2. наклонные сечения (Вопросы 83…103).......................................... 45

3.3. изгибаемые элементы (Вопросы 104…120).................................. 56

4. прочность при сжатии, растяжении и местном действии нагрузки (Вопросы 121…146) 69

5. ТРЕЩИНОСТОЙКОСТЬ И ПЕРЕМЕЩЕНИЯ (Вопросы 147…171)................ 81

6. СОЕДИНЕНИЯ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ (Вопросы 172…187)... 95

7. НАГРУЗКИ (Вопросы 188…199).................................................................... 103

8. размерности (Вопрос 200)........................................................................ 109

основные буквенные обозначения..................................................... 110

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК.................................................................... 112

 

 

 

 

Введение

Общий курс "Железобетонные конструкции" относится к числу самых трудных в вузовской программе обучения по специальности 290300 "Промышленное и гражданское строительство", не говоря уже о других строи­тельных специальностях, имеющих меньший объем курса. Связано это, прежде всего, со сложностью самого железобетона – двуединого материла, работу которого далеко не всегда возможно описать классическими методами строительной механики.

Особую важность представляет 1-я часть курса, излагающая основ­ные понятия об упруго-пластической работе материалов, об условиях сов­местной работы бетона и арматуры, о напряженно-деформированном состо­янии обычных и предварительно напряженных элементов, о методах расчета прочности и трещиностойкости сечений и т.д. Без знания их невозможно не только осознанно и грамотно проектировать сами конструкции, но и иметь общее представление об их работе, необходимое инженеру на стройплощадке.

Между тем, как показывает опыт, именно эти базовые понятия наибо­лее слабо усваиваются студентами по причине того, что многие физичес­ки тесно связанные вопросы в лекциях и учебниках хронологически отда­лены друг от друга (а недостаток практических занятий проблему еще более усугубляет).

Попытками устранить этот изъян, осветить под несколько иными углами известные вопросы, показать причинные связи между ними и вызвано появление на свет настоящей книги, форма изложения в кото­рой была подсказана автору его многолетним опытом педагогической работы. Содержание учебного пособия охватывает все темы первой части курса "Железобетонные конструкции", исключая только работу про­странственных сечений и сопротивление динамическим воздействиям. В отдельную главу пособия выделена тема «Соединения железобетонных элементов», которая, имея самое непосредственное отношение к экспериментально-теоретическим основам курса, играет важнейшую роль в проектном деле и которая в учебниках, как правило, отдельно не рассматривается.

Разу­меется, пособие не заменяет ни лекций, ни учебников, а служит лишь до­полнением к ним. Более того, пользоваться пособием целесообразно, уже имея определенные знания о железобетоне, – тогда оно поможет углубить и быстрее систематизировать эти знания, лучше разобраться в физической сути расчетов сечений и работе самих конструкций.

 

БЕТОН, АРМАТУРА И ЖЕЛЕЗОБЕТОН

ДЛЯ ЧЕГО БЕТОНУ АРМАТУРА?

Бетон – это искусственный камень. Его прочность на сжатие намного (в 10...20 раз) превосходит прочность на растяжение. Поэтому бе­тон, как и природный камень, используют в тех частях зданий и сооружений, которые работают преимущественно на сжа­тие: в фундаментах, стенах, сводах, опорах мостов и т.п. Для изгибаемых элементов – балок, плит – бетон не годится: он разрушится от разрыва растянутой зоны при очень небольших нагрузках, задолго до исчерпания прочности сжатой зоны.

Если в растянутую зону ввести стальную арматуру (стержни, канаты и т.п.) и обеспечить ее надежное сцепление с бетоном, то после образования трещин она возьмет на себя все растягивающие усилия, оставив бетону только сжимающие. (А прочность арматуры на растяжение в сотни раз выше, чем у бетона.) Таким образом, изгибающему моменту будет сопротивляться внутренняя пара сил: сжимающая в бетоне и растягивающая в арматуре. Забегая вперед, отметим, что часто требуется устанавливать арматуру и в сжатом бетоне (см. главы 3 и 4).

ДЛЯ ЧЕГО АРМАТУРЕ БЕТОН?

Бетон – материал более долговечный, чем арматурная сталь, он менее подвержен коррозии. Кроме того, по сравнению со сталью бетон обладает более высокой огнестойкостью, т.е. дольше сохраняет несущую способность при действии высокой температуры, что особенно важно для успешной эвакуации при пожаре. Поэтому арматура, уложенная внутрь бетонного тела, хорошо защищена слоем бетона от коррозии и высокой температуры. Нормы проектирования устанавливают минимальные величины защитного слоя бетона: не менее диаметра стержня (в ряде случаев не менее 2-х диаметров) и не менее 10...70 мм в зависимости от типа конструкции и условий эксплуатации. Отметим также, что без защитного слоя невозможно обеспечить надежное сцепление арматуры с бетоном, а значит и их совместное деформирование.