Растянутые элементы

В условиях центрального (осевого) растяжения находятся затяжки арок, нижние пояса и нисходящие раскосы ферм, стенки круглых в плане резервуаров для жидкостей (V.1) и некоторые другие конструктивные элементы.

Центрально-растянутые элементы применяют, как Правило, предварительно напряженными, что является радикальным средством существенного повышения их сопротивления образованию трещин в бетоне.

Основные принципы конструирования железобетонных элементов, изложенные в главе II, относятся также и к центрально-растянутым элементам. Стержневую рабочую арматуру, применяемую без предварительного напряжения, соединяют по длине обычно на сварке, стыки внахлестку без сварки допускаются только в плитных и стеновых конструкциях.

Растянутая предварительно напрягаемая арматура (стержни, проволочные пучки, арматурные канаты) в'ли-пейных элементах (затяжки арок, нижние пояса ферм) не должна иметь стыков. В поперечном сечении элемента предварительно напрягаемую арматуру размещают симметрично (V.2) с тем, чтобы при передаче обжимающего усилия (всего целиком или постепенно, обжимая сечение усилиями отдельных групп стержней) по возможности избежать внецентренного обжатия элемента.

При натяжении на бетон предварительно напряженная арматура, размещаемая в специально предусматриваемых каналах, в процессе обжатия не работает в составе поперечного сечения элемента. В этом случае целесообразно снабжать предварительно напряженный элемент небольшим количеством ненапрягаемой арматуры (V.2,б). Ее располагают ближе к наружным поверхностям, чтобы она эффективнее усиливала элемент против возможных внецентренных воздействий в процессе обжатия.

В условиях внецентренного растяжения находятся стенки резервуаров (бункеров), прямоугольных в плане, испытывающие внутреннее давление от содержимого (V.3,а), нижние пояса безраскосных ферм (V.3, б) и некоторые другие элементы конструкций. Такие элементы одновременно растягиваются продольной силой W и изгибаются моментом М, что равносильно вне-центренному растяжению усилием N с эксцентриситетом eo=M/N относительно продольной оси элемента.

Внецентренно растянутые элементы, относящиеся к случаю 2, армируют продольными и поперечными стержнями аналогично армированию изгибаемых элементов, а относящиеся к случаю 1 — аналогично армированию центрально-растянутых элементов.

Внецентренно растянутые элементы, как и центрально-растянутые, обычно подвергают предварительному напряжению, что значительно повышает их трещиио-стой кость.

Во внецентренно растянутых элементах содержание продольной арматуры должно быть ц^0,05 %; это относится к арматуре 5 для элементов случая 2 и К арматуре 5 и S' для элементов случая

Стыки сборных растянутых элементов, через которые передаются растягивающие усилия, конструируют на сварке выпусков арматуры или стальных закладных деталей, а также с помощью арматурных изделий (пучков, канатов, стержней), перекрывающих стыки, размещаемых в каналах или пазах и натягиваемых на бетон. По характеру работы элементы или сечения конструкций могут быть центрально- и внецентренно растянутыми.

К центрально-растянутым элементам относятся стенки цилиндрических резервуаров и напорных трубопроводов, испытывающих внутреннее давление жидкостей, затяжки и подвески арок, нижние пояса ферм и другие элементы. Центрально-растянутые элементы армируют отдельными стержнями или сварными каркасами с равномерным размещением рабочей арматуры

по сечению. Диаметр продольной арматуры применяют в широких пределах (3...32 мм). Однако для повышения трещино- стойкости центрально-растянутых элементов целесообразно применять меньший диаметр при большем количестве стержней, т. е. стремиться к дисперсному (распределенному) размещению арматуры в сечении. Центрально-растянутые элементы применяют, как правило, предварительно напряженными, что является радикальным средством повышения их сопротивляемости образованию трещин. Напрягаемую арматуру в линейных элементах размещают в сечении симметрично, чтобы при передаче усилий на бетон по возможности избежать внецентренного обжатия элемента.

В условиях внецентренного растяжения находятся стенки прямоугольных резервуаров, нижние пояса ферм и арок с внеузловой нагрузкой и т. п. Такие элементы одновременно растягиваются продольной силой N и изгибающим моментом М, что равносильно внецентренному растяжению усилием N с эксцентриситетом e0=MjN относительно продольной оси элемента (6.8).

Характер армирования внецентренно растянутых элементов аналогичен армированию внецентренно сжатых и изгибаемых элементов: продольная рабочая арматура устанавливается по сторонам сечения, перпендикулярным плоскости изгиба, и связывается сварными или вязаными хомутами (см. 6.5). Для повышения трещиностойкости внецентренно растянутые элементы, как и центрально-растянутые, подвергаются предварительному напряжению. Стыки рабочих стержней элементов выполняют, как правило, на сварке.

Для растянутых элементов с ненапрягаемой арматурой применяют бетоны классов В15...В25. Предварительно напряженные конструкции изготовляют из бетона класса

не ниже В25. В конструкциях, находящихся под давлением жидкостей, следует применять для ненапрягаемой арматуры горячекатаную сталь классов A-II, A-I, для предварительно напряженной — высокопрочную проволоку, канаты и горячекатаную сталь классов A-V, А-VI, AT-V, AT-VI.

Минимальный процент армирования устанавливают из условия предупреждения внезапного разрушения при раскрытии трещин и принимают для центрально-растянутых элементов 0,1%, для внецентренно растянутых — 0,05%.

При работе центрально-растянутых элементов под нагрузкой, так же как и изгибаемых, имеют место три стадии напряженно-деформированного состояния: стадия I — до образования в бетоне трещин; стадия II — после образования трещин до достижения в арматуре текучести и стадия III — разрушения. К моменту разрушения элемент оказывается расчлененным сквозными трещинами. В соответствии с этим в расчетном предельном состоянии по прочности работу бетона на растяжение не учитывают, а продольная сила воспринимается только напрягаемой арматурой площадью Av и ненапрягаемой площадью

Характер разрушения внецентренно растянутых элементов зависит от положения продольной силы. При этом различают два случая.

Случай 1 (малых эксцентриситетов) имеет место, когда внешняя продольная сила приложена между равнодействующими усилий в арматуре. Как и в центрально-растянутых элементах, бетон пересечен сквозными трещинами, а внешняя сила воспринимается только арматурой. Разрушение наступает, когда напряжение в продольной арматуре достигло предельного значения.

Если эксцентриситет е0 увеличивается от нуля до некоторого предельного значения (6.9, а), то несущая способность внеце- нтренно-сжатых элементов характеризуется кривой А — Г (6.9, б). При эксцентриситете ео = 0 (точка А) имеет место осевое сжатие элемента при максимальном значении продольной силы N. С некоторым ростом эксцентриситета разрушение элемента происходит при полностью сжатом сечении и сопровождается раздроблением бетона более сжатой грани, при этом несущая способность элемента характеризуется участком кривой А — Б (6.9, б, в). Участку кривой Б — В также соответствует разрушение по бетону сжатой зоны, но при частично растянутом сечении, когда напряжения в арматуре S остаются меньше расчетных сопротивлений as<Rs (6.9, б, г). Таким образом, участок А — В графика несущей способности характеризует набор комбинаций внутренних усилий (изгибающего момента и продольной силы) при разрушении внецентренно сжатых элементов с малыми эксцентриситетами.

К центрально-растянутым элементам относятся затяжки арок, нижние пояса и нисходящие раскосы ферм и другие элементы.

Оговоримся сразу, что центрального (осевого) растяжения в реальных конструкциях не встречается. Причины: неоднородность бетона, неточности расположения арматуры по поперечному сечению и др.

Но на центральное растяжение условно рассчитывают затяжки и подвески арок, нижние пояса и нисходящие раскосы ферм, стенки круглых в плане резервуаров для жидкостей при отношении радиуса к толщине стенки 10 и более и некоторые другие конструктивные элементы (рис. 12.1).

Рисунок 12.1 – Центрально растянутые элементы: 1 – затяжка арки; 2 – нисходящие раскосы фермы; 3 – нижний пояс фермы; 4 – стенка круглого в плане резервуара

Стержневую рабочую арматуру соединяют по длине обычно с помощью сварки, стыки внахлёстку без сварки допускаются только в плитных и стеновых конструкциях.

Элементы, испытывающие совместное действие продольной растягивающей силы, приложенной в центре тяжести сечения, и изгибающего момента, работают на внецентренное растяжение. В условиях внецентренного растяжения находятся стенки резервуаров (бункеров), прямоугольных в плане, испытывающие внутреннее давление от содержимого, нижние пояса безраскосных ферм и некоторые другие элементы конструкций (рис. 12.2).

Рисунок 12.2 – Внецентренно растянутые элементы: а – стенка резервуара (бункера); б – нижний пояс безраскосной фермы.

При внецентренном растяжении различают два случая приложения продольной растягивающей силы N от внешней нагрузки: она может быть приложена за пределами расстояния zs между равнодействующими усилий в арматуре As и A's(рис. 12.3а) и между равнодействующими усилий в арматуре As и A's (рис. 12.3б).

Рисунок 12.3 – Расчетные схемы внецентренно растянутых элементов при расположении продольной растягивающей N: а – за пределами расстояния между равнодействующими усилий в арматуре Аs и A’s; б – между равнодействующими усилий в арматуре Аs и A’s

Центрально растянутые элементы проектируют чаще всего квадратного поперечного сечения или прямоугольного с отношением сторон близким к единице, а внецентренно растянутые - прямоугольного сечения, вытянутыми в направлении действия изгибающего момента.

В центрально растянутых элементах рабочую продольную арматуру следует располагать симметрично относительно осей симметрии сечения. Диаметр стержней рекомендуется назначать от 6 до 28 мм. Целесообразно применять по возможности арматуру мелких диаметров, получая тем самым большее число стержней, что позволяет добиться более равномерного распределения напряжений в сечении и ограничить ширину раскрытия трещин. Такие элементы армируют пространственным (или плоским) арматурным каркасом сварным или вязаным. У всех поверхностей этих элементов, вблизи которых ставится продольная арматура, должна предусматриваться также поперечная арматура, охватывающая крайние продольные стержни. При этом расстояния между поперечными стержнями у каждой поверхности элемента должны быть не более 600 мм и не более удвоенной ширины грани элемента.

Внецентренно растянутые элементы снабжаются двойной продольной арматурой, расположенной по коротким сторонам сечения и соединённой между собой поперечными стержнями или хомутами, устанавливаемыми в соответствии с конструктивными требованиями норм. Коротко эти требования можно сформулировать так: внецентренно растянутые элементы, работающие по случаю 1, армируются продольными и поперечными стержнями аналогично изгибаемым элементам; внецентренно растянутые элементы, работающие по случаю 2, армируются подобно центрально растянутым элементам.

Для растянутых элементов с ненапрягаемой арматурой класса A-III и ниже применяют бетоны классов В15...В25.

Минимальное содержание арматуры в центрально растянутых элементах должно составлять 0,1% (устанавливается из условия предупреждения внезапного разрушения при раскрытии трещин); для внецентренно растянутых элементов, работающих по случаю 2, pтin =p'min = 0,05%. Для внецентренно растянутых элементов, работающих по случаю 1, площадь сечения продольной растянутой арматуры As должна составлять не менее 0,05%, а минимальное содержание арматуры A's не ограничивается.