Расчет прочности наклонных сечений по поперечной силе и изгибающему моменту

↑

▷ Содержание

⇐ ПредыдущаяСтр 24 из 60Следующая ⇒

Изгибаемый железобетонный элемент может разрушиться не только по нормальному к оси балки сечению, но и по наклонному сечению, обычно расположенному вблизи опоры. Это связано с тем, что вблизи опор действуют не только изгибающие моменты, но и значительные поперечные силы, в соответствии с чем рассматривают два возможных случая разрушения по наклонному сечению — от изгибающего момента М и поперечной силы Q.

Построение условий прочности. При расчете прочности наклонных сечений исходят из условия, чтобы усилия от внешних нагрузок, действующие в наклонном сечении, были меньше или равны внутренним предельным усилиям в наклонном сечении. Усилия от внешних нагрузок представляют собой равнодействующую всех внешних сил (М и Q), расположенных по одну сторону от рассматриваемого наклонного сечения. Внутренние усилия в наклонном сечении определяются в предположении, что в этом сечении в предельном состоянии имеется наклонная трещина. Внутренние усилия в подобном наклонном сечении следующие: продольное и поперечное усилия в бетоне над наклонной трещиной; осевые и поперечные («нагельные») усилия в продольной арматуре, пересекающей наклонную трещину; осевые усилия в поперечной арматуре, пересекающей наклонную трещину; силы зацепления, действующие между берегами наклонной трещины. Рассмотрим природу этих внутренних усилий и какое они оказывают действие на сопротивление наклонного сечения внешним воздействиям.

Продольные и поперечные усилия в бетоне над наклонной трещиной представляют собой равнодействующие нормальных и касательных напряжений в нормальном сечении, проходящем через вершину наклонной трещины. Бетон в этой зоне работает в условиях сложного (неодноосного) напряженного состояния.

В процессе постепенного увеличения внешней нагрузки вначале образуется наклонная трещина. После этого при дальнейшем росте нагрузки напряжения в обоих видах арматуры (продольная и поперечная) и в бетоне над наклонной трещиной непрерывно увеличиваются. Расчетное сопротивление вначале достигается напряжениями в поперечной арматуре, а затем, в процессе текучести, наступает также предельное состояние либо бетона над наклонной трещиной, либо продольной арматуры. В первом случае разрушение бетона вызовет разрушение элемента в целом, хотя напряжения в продольной арматуре и не достигли предельных значений. Во втором случае нагрузка может расти и далее, пока не разрушится бетон над трещиной или не нарушится анкеровка продольной арматуры, находящейся под предельными напряжениями. Возможен и третий вариант разрушения — при значительном насыщении элемента поперечной арматурой она не может достичь своих предельных сопротивлений и элемент разрушается от раздавливания бетона в середине высоты элемента, между наклонными трещинами.

В принципе расчет должен обеспечивать конструкцию от всех перечисленных случаев разрушения, причем для решения этой задачи можно использовать систему трех уравнений равновесия в наклонном сечении - равновесия поперечных сил, равновесия моментов, равновесия продольных сил. Однако методика, основанная на совместном решении всех уравнений равновесия, в настоящее время только разрабатывается, поэтому в нормах принимается раздельный расчет на действие поперечной силы и на действие момента в наклонном сечении.

При первом типе разрушения по поперечной силе условие прочности наклонного сечения формулируется на основе следующих предпосылок (рис. 4.7): а) поперечное усилие, воспринимаемое бетоном над наклонной трещиной, вычисляется в зависимости от расчетного сопротивления бетона растяжению, размеров элемента и наклона сечения; б) усилия в поперечной арматуре всегда направлены вдоль стержней; в) в расчет вводится вся пересекаемая наклонным сечением поперечная арматура с растягивающими напряжениями. Под поперечной арматурой в этом случае понимают как отогнутые стержни, так и хомуты (поперечные стержни сварных каркасов или хомуты вязаных каркасов).

Условие прочности при первом типе разрушения - по поперечной силе:

Это условие вытекает из уравнения проекций усилий.

При втором типе разрушения — по изгибающему моменту условие прочности наклонного сечения основано на том, что сумма моментов относительно точки приложения равнодействующей сжимающих усилий в сечении над трещиной должна быть равна нулю:

17. Общая характеристика металлических каркасов промышленных зданий. Размещение колонн в плане.

Современные производства размещаются в многоэтажных и одно­этажных зданиях, схемы и конструкции которых достаточно многооб­разны.

По числу пролетов одноэтажные здания подразделяются на однопролетные и многопролетные (с пролетами одинаковой и разной высоты). В настоящее время строится больше многопролетных (с числом проле­тов два и более) зданий.

Ограждающие конструкции, защищающие помещение от влияния внешней среды, пути внутрицехового транспорта, различные площадки, лестницы, трубопроводы и другое технологическое оборудование крепят­ся к каркасу здания.

Каркас, т. е. комплекс несущих конструкций, воспринимающий и пе­редающий на фундаменты нагрузки от веса ограждающих конструкций, технологического оборудования, атмосферные нагрузки и воздействия, нагрузки от внутрицехового транспорта (мостовые, подвесные, консоль­ные краны), температурные технологические воздействия и т.п., может выполняться из железобетона, смешанным (т. е. часть конструкций — железобетонные, часть — стальные) и стальным. Выбор материала кар­каса является важной технико-экономической задачей.

По виду внутрицехового транспорта здания подразделяются на бес­крановые, с мостовыми кранами, с подвесными кранами, с подвесными конвейерами. Выбор вида транспорта определяется массой грузов, тра­екториями их перемещения. При стабильных, многократно повторяю­щихся траекториях наиболее удобны наземные и подвесные конвейеры, и значительное число современных зданий оборудуется именно таким транспортом. Для перемещения грузов с большой массой по разнооб­разным траекториям оказываются более целесообразными мостовые и подвесные краны, с помощью которых груз может быть доставлен в лю­бую точку цеха. Такие же перемещения могут обеспечивать козловые и полукозловые краны, но их использование требует исключения части площади цеха из технологического процесса в целях безопасной эксплу­атации.

Многие современные производственные здания характеризуются большими пролетами, большой высотой помещений, большими нагруз­ками от мостовых кранов.

Размещение колонн в плане принимают с учетом технологических, конструктивных и экономических факторов. Оно должно быть увязано с габаритами технологического оборудования, его расположением и направлением грузопотоков. Размеры фундаментов под колонны увязывают с расположением и габаритами подземных сооружений (фундаментов под рабочие агрегаты, боровов, коллекторов и т.п.). Колонны размещают так, чтобы вместе с ригелями они образовывали поперечные рамы, т.е. в многопролетных цехах колонны разных рядов устанавливаются по одной оси.

Согласно требованиям унификации промышленных зданий, расстояния между колоннами поперек здания (размеры пролетов) назначаются в соответствии с укрупненным модулем, кратным 6 м (иногда 3 м); для производственных зданий l=18, 24, 30, 36 м и более. Расстояния между колоннами в продольном направлении (шаг колонн) также принимают кратными 6 м. Шаг колонн однопролетных зданий, а также шаг крайних (наружных) колонн многопролетных зданий обычно не зависит от расположения технологического оборудования и его принимают равным 6 или 12 м. Вопрос о назначении шага колонн крайних рядов (6 или 12 м) для каждого конкретного случая решается сравнением вариантов. Как правило, для зданий больших пролетов (l > 30 м) и значительной высоты (H > 14 м) с кранами большой грузоподъемности (Q > 50 т) оказывается выгоднее шаг 12 м и, наоборот, для зданий с меньшими параметрами экономичнее оказывается шаг колонн 6 м. У торцов зданий колонны обычно смещаются с модульной сетки на 500 мм для возможности использования типовых ограждающих плит и панелей с номинальной длиной 6 или 12 м. Смещение колонн с разбивочных осей имеет и недостатки, поскольку у торца здания продольные элементы стального каркаса получаются меньшей длины, что приводит к увеличению типоразмеров конструкций.

В многопролетных зданиях шаг внутренних колонн исходя из технологических требований (например, передача продукции из пролета в пролет) часто принимается увеличенным, но кратным шагу наружных колонн.

При больших размерах здания в. плане в элементах каркаса могут возникать большие дополнительные напряжения от изменения температуры. Поэтому в необходимых случаях здание разрезают, на отдельные блоки поперечными и продольными температурными швами. Нормами проектирования установлены предельные размеры температурных блоков, при которых влияние климатических температурных воздействий можно не учитывать (табл. 11.1).

Наиболее распространенный способ устройства поперечных температурных швов заключается в том, что в месте разрезки здания ставят две поперечные рамы (не связанные между собой какими-либо продольными элементами), колонны которых смещают с оси на 500 мм в каждую сторону, подобно тому как это делают у торца здания.

Продольные температурные швы решают либо расчленением много-пролетной рамы на две (или более) самостоятельные, что связано с установкой дополнительных колонн, либо с подвижным в поперечном направлении опиранием одного или обоих ригелей за колонну с помощью катков или другого устройства. В первом решении предусматривается дополнительная разбивочная ось на расстоянии 1000 или 1500 мм от основной. Иногда в зданиях, имеющих ширину, превышающую предельные размеры для температурных блоков, продольную разрезку не делают, предпочитая некоторое утяжеление рам, необходимое по расчету на температурные воздействия.

В некоторых случаях планировка здания, обусловленная технологическим процессом, требует, чтобы продольные ряды колонн двух пролетов цеха располагались во взаимно перпендикулярных направлениях

Таблица 11.1. Предельные размеры, м, температурных блоков зданий

Характеристика здания

Стальной каркас

Смешанный каркас
(железобетонные колонны)