Характер разрушения изгибаемых ж/б конструкций, обеспечение их пригодности к нормальной эксплуатации.

Опыты над изгибом ж/б балок при постепенно возрастающей нагрузке до разрушения привели к установлению трех стадий напряженного состояния. Ст.1: Вначале загружения балки напряжения почти пропорциальны деформациям, те почти следуют закону прямой линии, оба материала участвуют в восприятии усилия в растянутой зоне, но напряжения в бетоне в этой зоне не достигают еще прочности бетона на растяжение R_bt. Ст.1а: С увеличением нагрузки, напряжения в растянутой зоне бетона быстро приближаются к пределу прочности бетона на растяжение. В растянутой зоне появляются пластические деформации, эпюра напряжений искривляется. В сжатой зоне бетон испытывает еще преимущественно упругие деформации. Эпюра напряжений слегка искривляется. Этот конечный этап Ст.1 называется СТ.1а, он означает начало появления первых трещин и используется в расчетах на образование трещин. Ст.2: Трещины постепенно распространяются до нейтрального слоя и так же постепенно эпюра напряжений в сжатой зоне искривляется, а в растянутой зоне бетон работает только вблизи нейтральной оси и постепенно все растягивающие напряжения передаются на арматуру. Ст.2 переходит в Ст.3 (разрушение). Ст.3: При арматуре из мягких сталей в нормально армированных сечениях наблюдается пластический тип разрушения, а в переармированных – хрупкое. В случае хрупкого разрушения напряжение в бетоне сжатой зоны достигают R_b, бетон этой зоны начинает крошиться, в то время как напряжение в растянутой арматуре еще не достигло предела текучести (физического или условного), те разрушение происходит при недоиспользованной прочности арматуры, и носит, как правило, внезапный хрупкий характер. При пластическом типе сначала напряжение в арматуре растянутой зоны становятся равными пределу текучести , арматура сильно удлиняется, балка получает значительный прогиб, из-за чего сдавливается бетон сжатой зоны и стает равным R_b, это происходит, практически, одновременно с разрушением арматуры в растянутой зоне, те прочность бетона на сжатие, а арматуры на растяжение в этом случае используется полностью. Вывод: Принцип пластического разрушения изгибаемых элементов, при котором достигается равнопрочность между бетоном сжатой зоны и арматурой растянутой зоны, называется принципом Лолейта, он лежт в основе всех расчетных формул изгибаемых ЖБК. При изгибе ЖБК возможно появление трещин 2-х видов: нормальных к продольной оси элемента и наклонных. Нормальные трещины вызываются действием момента, а по наклонному сечению преимущественно действием поперечной силы, поэтому расчет прочности производится: 1) по нормальному сечению (цель: расчет продольной арматуры), 2) по наклонному сечению (цель: определение диаметра и шага поперечных или наклонных стержней). Рассматривается нормально армированные сечения, те отвечающие принципу Лолейта.

20. Предварительно-напряженные ж/б конструкции. Области их применения. Цель предварительного напряжения, способы его создания. Особенности работы, конструирования и расчета ПН конструкций.

Как известно, все ЖБК по способу изготовления разделяют на две группы: Обычные (без искусственно созданных напряжений) и ПН ЖБК (предварительно напряженные, в которых в процессе изготовления имеются искусственно созданные напряжения). Основная идея ПН состоит в том, чтобы подвергнуть предварительному обжатию ту зону бетона, которая в процессе эксплуатации будет работать на растяжение. К таким конструкциям относятся изгибаемые (балки, плиты), центрально и внецентренно растянутые (элементы ферм, арок, стенки резервуаров и труб) иногда внецентренно сжатые с большими эксцентриситетами в растянутой зоне.

Основным недостатком обычных ЖБК является слишком раннее появление трещин в растянутой зоне. Практика показывает, что в обычных конструкциях, даже при напряжениях около 200 МПа ширина раскрытия трещин составляет 0,1-0,15 мм. Дальнейшее увеличение напряжений ведет к чрезмерному раскрытию трещин, коррозии арматуры, увеличению деформаций. Становится нецелесообразным применение высокопрочных материалов, тк их прочность остается недоиспользованной. Невозможно применение обычных конструкций в области больших пролетов.

Применение высокопрочных материалов выгодно, тк их стоимость нарастает медленнее, чем прочность; снижается собственная масса конструкций, и как следствие снижаются транспортные и монтажные расходы. Таким образом, технико-экономические преимущества ПН ЖБК: 1. Повышение трещиностойкости и жесткости ПН конструкций. 2. Снижение собственной массы конструкций. 3. Возможность расширения ПН Ж/б в области больших пролетов. 4. Возможность создавать комбнации с металлом пространственные большепролетные конструкции (оболочки различного типа для покрытий уникальных сооружений, спортивных, общественных зданий). Недостатки ПН ЖБК: Требуют хорошо обученного персонала, высокого качества работ и проверки технического состояния при эксплуатации.

Способы создания ПН: 1способ) Натяжение арматуры на упоры. Применяют в основном в заводских условиях, когда на стенде имеются массивные упоры, на одном из которых закрепляется арматура с помощью анкеров, И с помощью натяжных устройств натягивается до контролируемого напряжения тем или иным методом. После этого конструкция бетонируется, выдерживается до тех пор, пока бетон не наберет необходимой передаточной прочности (ок. 70% от Rb) после чего арматура освобождается от натяжных устройств и, сокращаясь, обжимает бетон.

Расположение ПН арматуры в сечениях соответствует характеру ее работы при эксплуатации, так в центрально растянутых элементах она располагается симметрично по сечению, в изгибаемых – в растянутой зоне. При отпуске натяжения арматуры конструкции с несимметричным расположением арматуры получают обратный выгиб, тк при изготовлении конструкция испытывает внецентренное сжатие. Иногда это требует введения дополнительной арматуры в зону, сжатую при эксплуатации, для того чтобы обеспечить прочность и трещиностойкость при изготовлении.

2 способ) Натяжение арматуры на бетон. В этом способе сначала изготавливаются неармированный или слабо армированный бетонный элемент, в котором заранее предусмотрены закладные трубки с арматурой (резиновые, металлические каналы). Иногда арматуру располагают снаружи в пазах, закрепляя с одного конца арматуру анкерами, с другого конца производят натяжение методом «на бетон», те реактивное усилие передается непосредственно на бетон конструкции. Далее арматура закрепляется анкерами, каналы инъецируются цементным тестом для создания сцепления между арматурой и бетоном. Таким способом можно изготовлять блочные конструкции, когда ПН-ие служит еще и способом соединения отдельных блоков в целую большепролетную конструкцию.

Натянуть арматуру до определенного контролируемого напряжения можно несколькими методами: 1. Механический (домкраты, натяжные устройства, на поворотных столах, намоточные машины).

2. Электротермический (через арматуру пропускают ток, после ее нагревания закрепляют, после остывания бетонируют). 3. Электротермомеханический (комбинированный: эл. ток+натяжение домкратом)

4. Перспективный (самонапряжение, основано на использовании саморасширяющихся цементов. При армировании больших площадей.)

Анкеровка-закрепление концов для предотвращения скольжения в бетоне. Специальные анкеры нужны всегда при методе натяжения «на бетон», при натяжении на упоры в случае слабого бетона и гладкой арматуры. Существуют конструкции специальных анкеров для высокопрочной проволоки и анкеры простейшего типа в виде гаек, шайб, утолщений. Главная цель ПН-ия: повышение трещиностойкости и жесткости конструкций.