Как выполняют жесткое сопряжение сборных элементов.

Жестко соединить сборные элементы намного сложнее, чем монолитные, поскольку сложнее передать внутренние усилия (внутренний момент) с одного элемента на другой. Внутренний момент – это момент внутренней пары сил, следовательно, необходимо передать растягивающее усилие N_s в арматуре S и сжимающее усилие N_b в бетоне (в совокупности со сжимающим усилием N_sc в арматуре S¢), по возможности сохраняя плечо между ними.

В современных решениях – например, в узлах рамных каркасов (рис. 93) – для передачи растягивающих усилий обычно используют выпуски арматуры S; сжимающие усилия в арматуре S¢ передают через опорные закладные детали (их сваривают между собой), а сжимающие усилия в бетоне – через монолитный бетон, которым заполняют зазоры между элементами, и, частично, через опорные закладные детали (поз. 4 на рис. 93). Как видим, в подобных узлах одновременно используют два типа соединений: на закладных деталях и на выпусках арматуры.

ЧЕМ ОТЛИЧАЕТСЯ РЕАЛЬНЫЙ ЖЁСТКИЙ УЗЕЛ ОТ ИДЕАЛЬНОГО?

При идеально жёстком соединении элементы в местах примыкания к узлу не поворачиваются, т.е. сохраняют первоначальные углы сопряжения. В действительности же, в корневых (примыкающих к узлу) нормальных сечениях возникают значительные деформации – эти сечения обычно испытывают самые большие изгибающие моменты. Следовательно, происходит поворот на некий угол j – особенно интенсивный после образования трещин; на тот же угол поворачивается и ось элемента. Но если ось поворачивается, то узел перестаёт быть идеально жёстким, изгибающие моменты в нём уменьшаются по сравнению с идеальной (упругой) схемой и соединение становится податливым. Конечно, такая податливость изменяет расчётную схему, но в инженерных расчётах (кроме расчетов прогибов) ее не учитывают до тех пор, пока растянутая арматура не достигает предела текучести – тогда сечения продолжают поворачиваться без приращения внутренних усилий, т.е. образуется пластический шарнир (см. раздел 3.3).

ЧТО ТАКОЕ ШПОНОЧНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ?

Это соединения, предназначенные для предотвращения взаимного смещения сборных или сборно-монолитных элементов, возникающего под воздействием сдвигающих (перерезывающих) или поперечных сил. Шпонки образуются монолитным бетоном или раствором при заполнении углублений в смежных поверхностях соединяемых конструкций после их монтажа.

Например, если дополнительная местная нагрузка приложена к одной из плит перекрытия, то при отсутствии шпонок она воспринимает нагрузку целиком и прогибается больше, чем соседние (см. поперечное сечение на рис. 94,а). Это обстоятельство вызывает немало неудобств – в частности, разрушение отделки потолка. Шпонки же вовлекают в совместные деформации соседние плиты (рис. 94,б) и распределяют на них часть дополнительной нагрузки.

Шпонки в состоянии передавать весьма большие величины поперечных сил, например, опорную реакцию капители безбалочного перекрытия на колонну (рис. 95). При необходимости шпонки совмещают с выпусками арматуры или закладными деталями (в соединениях элементов сборных оболочек, безбалочных перекрытий и пр.).

КАК ПРОЕКТИРУЮТ БЕТОННЫЕ ШПОНКИ?

Шпонки работают на сжатие по поверхностям контакта (выступам) и на срез по основаниям выступов (рис.96). Условие прочности на сжатие имеет вид: Q £ R_b t_k l_k n_k, а условие прочности на срез: Q £ 2 R_bt h_k l_k n_k, где t_k, h_k, l_k – глубина (выступ), высота сечения и длина одной шпонки, а n_k – число шпонок. Иными словами, t_k´ l_k – площадь сжатия, а h_k´ l_k – площадь среза одной шпонки.Шпонки участвуют в работе соединения неравномерно – одни включаются в работу полностью, другие частично, поэтому в расчет вводят не более трех шпонок: n_k £ 3.