билет № 33

1

Билет № 33

1. Назначение и виды арматуры. С помощью диаграммы «напряжения относительные деформации» проанализируйте работу под нагрузкой обычных и упрочнённых арматурных сталей. Дайте определение понятию физический предел упругости, и условный предел текучести. Какие применяются способы упрочнения арматурных сталей?

Назначение арматуры:

–Восприятие растягивающих усилий;

–Усиление сжатого бетона в изгибаемых и внецентренно нагруженных элементах. Арматура бывает:

1) Рабочая (устанавливается по расчету); а) Гибкая (круглая); б) Жесткая (профиль);

2)Конструктивная (монтажная) – обеспечивает проектное положение рабочей арматуры. В зависимости от технологии изготовления различают:

1) Горячекатаная стержневая арматура класса А;

2) Холоднотянутая проволочная арматура класса В. По форме поверхности:

1) Гладкая;

2) Периодического профиля.

По способу применения при армировании железобетонных конструкций: 1) Ненапряженная (обычная); 2) Предварительнонапряженной.

Хар-ки прочности и деформаций арм. стали, устанавливаются по диаграммы «σs-ξs» , получаемой при испытании образцов на растяжение.

Рис. 1.18. Диаграммы Gs—8s при растяжении арматурной стали а—с площадкой текучести (мягкой); б—с условным пределом текучести

2

Горячекатаная арматурная сталь с площадкой текучести на диаграмме (мягкая сталь) обладает значительным удлинением после разрывадо 25% (рис.а). Напряжения, при которых деформации развиваются без заметного увеличения нагрузки наз. физическим пределом текучести арматурной стали. σу, напряжение, непосредственно предшествующее разрыву носит название временного сопротивления арматурной стали σu .

Существенного повышения прочности горячекатной стали (в несколько раз) достигают термическим упрочнением или холодным деформированием. Высоколегированные и термически упрочнённые стали, переходят в пластическую область постепенно без ярко выраженной площадки текучести (рис. б).для этих сталей устанавливают условный предел текучести – напряжение σ0.2 , при котором остаточные деформации составляют 0,2%, а также условный предел упругостинапряжение σ0.02 , при котором остаточные деформации равны 0,02% и предел упругости σse = 0,8 σ0.2 .пластические деформации арматурных сталей при напряжениях, превышающих предел упругости в диапазоне σs =(0,8…1,3) σ0.2 , могут определяться по эмпирической зависимости:εs,pl=0,25(σs/ σ0.2 -0,8)3.

При термическом упрочнении осущ. Закалка арматурной стали (нагревом до 800,900°С и быстрым охлаждением) затем частичный отпуск (нагреваем до 300-400ºС и постепенное охлаждаем). Сущность упрочнения холодным деформированием арм. стали состоит в следующем: при искусственной стяжке в холодной сост-нии до напряжения, превышающее предел текучести σк ‹ σу, под влиянием структурных изменений кристаллической решётки (наклёпа) арм. сталь упрочняется. При повторной вытяжке, поскольку пластические деформации уже выбраны, напряжение σк становится новым пределом текучести (рис.а ).Вытяжка в холодном состоянии позволяет получать высокую прочность стержней большого диаметра. Многократное волочение позволяет получать высокопрочную проволоку- В-II , BрII.

Вкачестве ненапрягаемой арматуры применяют имеющие сравнительно высокие показатели прочности арры АТ-III, A-III, проволоку Вр-I. Возможно применение А-II, если прочность арматуры A-III, не полностью используется в конструкции из-за чрезмерных деформаций или изза раскрытия трещин. Арматуру класса A-I можно применять в качестве монтажной, хомутов, вязаных каркасов, поперечных стержней сварных каркасов. В качестве напрягаемой рекомендуется применять стержневую термически упрочнённую арматуру классов Aт-6, Ат-5, горячекатаную А-6, А-5, для элементов длиной свыше 12 м целесообразно применять арматурные канаты и прочную проволоку. Допускается применение стержней А-4, А-5.

Вконструкциях, эксплуатируемых при отрицательных температурах не применяют арматуру подверженную хладноломкости. Хорошо сваривается контактной сваркой горячекатаная арматура от А-I

до A-6, Aт-4.

2. Местная устойчивость элементов металлических конструкций. Расчетные проверки местной устойчивости стенок балок

Стенка

представляет собой длинную тонкую пластину,

3

испытывающую действие касательных и нормальных напряжений, которые могут вызвать потерю ее устойчивости. Но устойчивости стенки обычно добиваются не увеличением ее толщина (из-за больших размеров стенки этот путь привел бы к большому перерасходу материала), а укреплением ее специальными ребрами жесткости, распложенными нормально к поверхности выпучивания листа и увеличивающими жесткость стенки. Ребра жесткости делят стенку на отсеки, которые могут потерять устойчивость независимо один от другого. Рассмотрим отдельно потерю устойчивости стенок от действия касательных и нормальных напряжений.

Потеря устойчивости стенки от действия касательных напряжений.

Вблизи от опоры балки стенка подвергается воздействию значительных касательных напряжений, под влиянием которых она перекашивается (а) и по направлению траекторий главных сжимающих напряжений сжимается (б). Под влиянием сжатия стенка может выпучиваться, образуя волны, наклоненные к оси балки под углом, близким к 45о.

Расстояние между поперечными ребрами жесткости не должно превышать 2h0 при λСТ>3.2 и 2.5h0 при λСТ ≤3.2. Допускается превышать указанные расстояния до 3h0 при условии проверки общей устойчивости балки и местной устойчивости снетки по соответствующим формулам. Ребра жесткости, как правило, следует располагать с одной стороны балки, шириной не менее

Укрепление стенки балки поперечными ребрами жесткости, пересекающими возможные волны выпучивания стенки, увеличивает критическое касательное напряжение, определяемое по формуле

где μ-отношение большей стороны а или h к меньшей d, tСТ – толщина стенки,

Постановка поперечных ребер жесткости на максимально допустимых нормами расстояниях аMAX=2h0, т.е. μ=2, увеличивает критическое напряжение до

а условную гибкость стенки, при которой потеря устойчивости стенки не опасна, до λУСЛ=3,5.

Потеря устойчивости стенки балок симметричного сечения от действия нормальных напряжений. Ближе к середине балки влияние касательных напряжений на стенку незначительно, здесь стенка подвергается главным образом воздействию нормальных напряжений от изгиба балки, которые могут вызвать потерю ее устойчивости. Выпучиваясь, стенка образует в сжатой зоне балки волны, перпендикулярные оси выпучивание стенки, так как длина волн выпучивания небольшая (длина полувоны≈0,7h), а их направление параллельно поперечным ребрам жесткости, и стенка все равно будет выпучиваться между ними. Поэтому для борьбы с потерей устойчивости стенки от действия нормальных напряжений рекомендуется ставить продольные ребра жесткости, пересекающие волны выпучивания и увеличивающие критические напряжения. Значение критических нормальных напряжений зависит от закона распределения проложенных к кромкам прямоугольной пластинки-стенки нормальных напряжений, характеризуемого к-том

σMAX – наибольшее сжимающее напряжение у расчетной границы стенки,

σMIN – краевое напряжение на противоположной стороне стенки, взятое со своим знаком. Только при соотношениях размеров стенки – потеря устойчивости от действия одних нормальных напряжений становится

возможной. Стенки таких балок наряду с поперечными ребрами жесткости рекомендуется укреплять дополнительными продольными ребрами жесткости, располагая их в сжатой зоне стенки.

Потеря устойчивости стенки балки от совместного действия нормальных и касательных напряжений. В балках нормальные и касательные напряжения обычно действуют одновременно, и поэтому потеря

4

устойчивости может произойти от их совместного действия. Критические напряжения при совместном действии нормальных и касательных напряжений будут меньше, чем от действия одного из них.

1. Устойчивость стенок балок симметричного сечения, укрепленных только поперечными ребра жесткости при отсутствии местного сминающего стенку напряжения и λСТ <6. Такая проверка производится при λСТ ≥3,2, в балках с односторонними поясными швами и λСТ ≥3,5 в балках с двусторонними швами. Фактические напряжения σ и в целях обеспечения необходимой безопасности не должны превышать критических, т.е. σ≤σ КР и ≤ σКР. Основываясь на этом получим

– ф-ла проверки устойчивости. σ – действующие нормальные и касательные напряжения.

2.Устойчивость стенок балок симметричного сечения, укрепленных только поперечными ребрами

жесткости при наличии местного напряжения σМ≠0. В этом случае проверку устой чивости стенки балки следует производить при условии λСТ>2,5. Проверка производится по ф-ле

3.Устойчивость стенок балок симметричного сечения, укрепленных поперечными и одним продольным ребрами жесткости.

Вбалках большой высоты с тонкой стенкой при

соотношении λСТ≥5,5 для обеспечения устойчивости стенки рационально помимо поперечных ребер жесткости ставить продольное ребро, опирающееся на поперечные и

располагаемое на расстоянии h1=(0.2….0.3)h0 от сжатой кромки отсека. Наличие продольного ребра, разбивающего стенку по высоте на две части, устойчивость которых проверяется раздельно, существенно улучшает устойчивость стенки за счет уменьшения гибкости ее отдельных частей. Это ребро так же как и ребра поперечные, может состоять из одного или двух ребер, располагаемых по обе стороны стенки. Продольное ребро ставят обычно в средних отсеках балки, в зоне больших значений изгибающих моментов и соответственно больших нормальных напряжений. Продольное ребро делит стенку на верхнюю и нижнюю пластинки, устойчивость которых проверяют раздельно. Верхняя пластинка, имеющая размер по

высоте (0,2-0,3)h0 и расположенная между сжатых поясом продольным ребром, находится в

устойчивости, но благодаря малой высоте имеет малую гибкость стенки и за счет этого достаточно большие критические напряжения. Проверка устойчивости этой пластины производится по формуле:

Нижняя пластинка, имеющая размер по высоте (0,8-0,7)h0 расположена между продольным ребром и растянутым поясом. Проверка этой пластины производится по формуле

5

3. Опускные колодцы и кессоны. Область применения. Основные положения расчета на опускание и давление грунта на стенки

Рис.13.1 Последовательность устройства опускного колодца:

а – изготовление первого яруса опускного колодца на поверхности грунта; б – погружение первого яруса опускного колодца в грунт; в – наращивание оболочки колодца; г – погружение колодца до проектной отметки; д – заполнение бетоном полости опускного колодца в случае использования его как фундамента глубокого заложения

Рис.13.2. Формы сечений опускных колодцев в плане:

а – круглая; б – квадратная; в – прямоугольная; г – прямоугольная с поперечными перегородками; д – с закругленными торцевыми стенками

Данный тип фундаментов применяют при возведении уникальных сооружений - с большими нагрузками на основание, а также при строительстве заглубленных помещений зданий, подземных гаражей, пешеходных переходов и туннелей и др.

Фундаменты глубокого заложения следующими специфическими особенностями: 1) не требуют предварительной разработки котлованов; 2)работа грунта под действием внешних нагрузок происходит иначе, чем у фундаментов в открытом

котловане, в частности исключается выпирание грунта на поверхность; 3)условия работы фундамента глубокого заложения позволяют передавать на них значительные горизонтальные нагрузки и моменты;

4) несущая способность таких фундаментов существенно выше, так как вертикальные нагрузки воспринимаются не только грунтом под подошвой фундамента, но и силами трения, развивающимися по боковой поверхности В настоящее время применяют следующие типы фундаментов глубокого заложения: опускные колодцы

и кессоны, глубокие опоры (набивные столбы), фундаменты, возводимые методом «стана в грунте». Опускной колодец представляет собой сборную или монолитную железобетонную конструкцию, которая может иметь прямоугольное или кольцевое очертание в плане. Тяжелые массивные опускные колодцы выполняют, как правило, в монолитном варианте (рис а), а облегченные — в виде сборных свай-оболочек.

6

а)

Массивный опускной колодец погружается в грунт следующим образом. На поверхности основания возводят пустотелую нижнюю часть фундамента (рис, в).

Затем, используя землеройные механизмы, через вертикальную полость извлекают грунт. Под действием собственного веса колодец погружается (рис. г).

По мере опускания колодец можно наращивать, получая фундамент требуемой глубины. По достижении проектной отметки нижнюю часть колодца заполняют бетонной смесью, увеличивая площадь подошвы фундамента.

При возведении канализационных насосных станций известны случаи погружения опускных колодцев диаметров до 70 м на глубину более 70 м.

Для погружения колодца в окружающий фунт нижнюю часть колодца выполняют в виде специального ножа из листовой стали, закрепляемого с помощью закладных деталей (рис. 11.2, а), а для уменьшения трения фунта о стенки колодца при погружении с внешней стороны делают небольшой уступ, и образующийся зазор заполняют раствором бентонитовой глины, которая поддерживает стенки фунта в процессе погружения (рис. 11.2,6)

Рис. Конструктивные детали и нагрузки, действующие на колодец

Расчет на погружение и разрыв

- Погружение колодца обеспечивается при соблюдении условия:

(G Q) pl

(T F )

Где T – полная расчетная сила трения грунта по боковой поверхности колодца; F – сила расчетного сопротивления грунта под ножом колодца;

pl - коэффициент надежности погружения, принимается pl 1,15

-При погружении колодца в тиксотропной рубашке сила трения учитывается только в ножевой части.

-При зависании верхней части колодца в стенах колодца возникают растягивающие напряжения (сила N), которые могут привести к отрыву его нижней части. Такая вероятность может возникнуть у глубоких колодцев (H>15м).

7

- Расчетная нормальная сила определяется из условия:

N pl T1 - если высота верхнего, более плотного, слоя меньше половины глубины погружения. Здесь T1 - расчетная сила трения стен колодца по прочному грунту.

N G T1 - при высоте более плотного верхнего слоя более половины проектной глубины

погружения.

- Для обеспечения прочности колодца на возможный разрыв вертикальное армирование стен проектируется исходя из определенной т.о. силы N.

Расчет на всплытие

-После полного погружения колодца в водонасыщенные грунты и устройства днища, на его подошву будет действовать гидростатическое давление воды, направленное снизу вверх. От всплытия его будут удерживать собственный вес и наружные силы трения.

-Колодец не всплывет, если будет выполняться условие:

(0,9G 0,5T ) /( Aw H w w ) em

Где Aw - площадь колодца по внешнему периметру ножа;

H w - высота столба воды (расстояние от УГВ до низа ножа);

em >1,2 – коэффициент надежности на всплытие.

-Если это условие не выполняется необходимо предусмотреть устройство анкерных креплений или увеличить вес колодца.

Если условие не выполняется, то необходимо предусмотреть устройство анкерных креплений или увеличить вес колодца.

Кессоны

Всильно обводненных грунтах, содержащих прослойки скальных пород или твердых включений (валуны, погребенную древесину и т.д.) погружение опускных колодцев по схеме «насухо» требует больших затрат на водоотлив, а разработка грунта под водой невозможна из-за наличия в грунте твердых включений.

Вэтом случае используется кессонный метод устройства фундаментов глубокого заложения, который был предложен во Франции в середине 19в.

Кессон схематически представляет собой опрокинутый вверх днищем ящик, образующий рабочую камеру, в которую под давлением нагнетается сжатый воздух, уравновешивающий давление грунтовой воды на данной глубине, что не позволяет ей проникать в рабочую камеру, благодаря чему разработка грунта ведется насухо без водоотлива.

8

Рис.13.9. Схема устройства кессона:

а – для заглубленного помещения; б – для глубокого фундамента; 1 – кессонная камера; 2 – гидроизоляция; 3 – надкессонное строение; 4 – шлюзовой аппарат; 5 – шахтная труба

Метод является более дорогостоящим и сложным, поскольку требует специального оборудования. Кроме того, этот способ связан с пребыванием людей в зоне повышенного давления воздуха, что значительно сокращает продолжительность рабочих смен (до 2 часов при 350…400кПа(max)) при максимальной глубине 35-40м.

В связи с вышесказанным кессоны применяют значительно реже других типов фундаментов глубокого заложения.

Кессонная камера, высота которой по санитарным нормам принимается не менее 2,2 м, выполняется из ж/б и состоит из потолка и стен, называемых консолями.

Способ погружения кессона аналогичен опускному колодцу. Глубину погружения кессона и его внешние размеры определяют так же, как и для опускных колодцев.

Шлюзовой аппарат, соединенный с кессонной камерой шахтными трубами, предназначен для шлюзования людей и грузов при их спуске в кессонную камеру и при подъеме из нее.

Рабочий процесс. Рабочий входит в прикамерок шлюза, где давление постепенно повышается до имеющегося в рабочей камере. На этот процесс затрачивается от 5 до 15 мин., что необходимо для адаптации организма человека, после чего по шахтной трубе рабочий опускается в рабочую камеру кессона. Выход из рабочей камеры кессона осуществляется в обратной последовательности, но при этом на снижение давления воздуха в прикамерке шлюза до уровня атмосферного давления требуется 3-3,5 раза больше времени, чем вначале, т.к. быстрый переход от повышенного давления к атмосферному может быть причиной начала кессонной болезни.

Сжатый воздух в кессонную камеру начинают подавать не сразу, а как только ее нижняя часть при погружении достигнет уровня подземных вод. Давление воздуха, обеспечивающее отжим воды из камеры кессона, определяется из условия:

Pв H w w

Где Pв - избыточное (сверх атмосферного) давление воздуха, кПа; H w - гидростатический напор на уровне банкетки ножа, м;

w - удельный вес воды, Н / м2

После опускания кессона на проектную глубину все специальное оборудование демонтируется, а рабочая камера заполняется бетоном.

Грунт в камере кессона разрабатывается или ручным или гидромеханическим способом.

9

Имеется опыт разработки грунта в кессонной камере вообще без присутствия в ней рабочих, когда все управление гидромеханизмами выносится за ее пределы. Такой способ опускания кессона называется слепым.

4. Перечислите технические параметры, по которым подбирается монтажный кран. Выберете марку крана монтажного потока по установке колонн одноэтажного промышленного здания пролетом 18 м, при массе колонн 8 т, длине 14 м

Выбор крана для каждого монтажного потока производят по техническим параметрам. К ним относятся: требуемая грузоподъемность Qк, наибольшая высота подъема крюка Hк, наибольший вылет крюка Lк. Для передвижных стреловых кранов на гусеничном или пневмоколесном ходу кроме указанных параметров учитывают длину стрилы.

1) Qк - грузоподъемность, определяется по массе элемента Qэ, массы монтажных приспособлений Qпр, и массы грузоподъемного устройства Qгр Qк Qэ +Qпр+Qгр

Q=8+0,45+0,1=8,6 т

2) Высота подъема крюка

Hк=hо+hз+hэ+hст

ho – расстояние от уровня стоянки крана до опоры сборного эл-та на верхнем монтажном горизонте, м

hз – запас по высоте для обеспечения безопасности монтажа(не менее 1 м),м hэ – высота или толщина элемента , м

hст- высота страповки ;

Hк=14+1+1,6=16,6 м

3)Вылет крюка

Lк=Lс соs +d

hп – длина грузового полиспаста крана (приближенно принимают от 2 до 5 м ),м; b1 – длина (или ширина) сборного элемента, м; S – расстояние от края элемента до оси стрелы (приближенно 1.5 м), м; - угол наклона оси стрелы крана к горизонту, град.

hc – расстояние от оси крепления стрелы до уровня стоянки крана (около 2 м), м; d – расстояние от оси вращения крана до оси крепления стрелы (около 1.5 м), м.

Lк= 24.4* соs +1.5=12м

10

В данном случае выбираем гусеничный кран МКГ-25, грузоподъемность =25т, высота подъема стрелы =31м.

5. Неритмичный поток с неравными и некратными ритмами работ. Постройте линейный график и циклограмму потока.

В таком потоке ритм работы каждой бригады по захваткам может иметь самые различные значения. В связи с этим непрерывность работы каждой отдельной бригады потока, кроме первой, может быть обеспечена главным образом за счет изменения сроков начала работ последующей бригады с учетом сроков окончания работ предшествующей.

Рассмотрим порядок и методику расчета на примере работы четырех бригад на шести захватках. Исходные данные и результаты расчета приведены в таблице.

Расчет параметров неритмичного потока с неоднородным изменением ритма

В таблице три части. По данным первой части, где приведена продолжительность работ на каждой захватке, строятся линейный график и циклограмма (рис. а).