88. Как классифицируются здания по степени ответственности?
Степень ответственности зданий и сооружений определяется размером материального и социального ущерба при достижении конструкциями предельных состояний. При проектировании конструкций следует учитывать коэффициент надежности по назначению γn, значение которого зависит от класса ответственности зданий или сооружений. Установлены три класса ответственности зданий и сооружений:
класс I, γn=1—здания и сооружения, имеющие обоснованное народнохозяйственное и (или) социальное значение; главные корпуса ТЭС, АЭС; телевизионные башни; промышленные трубы высотой более 200 м; резервуары для нефтепродуктов вместимостью более 10 тыс. куб.м; крытые спортивные сооружения с трибунами; здания театров, кинотеатров, цирков, рынков, учебных заведений, детских дошкольных учреждений, музеев, государственных архивов и т. п.;
класс II, γn=0,95—здания и сооружения промышленного и гражданского строительства (не входящие в классы I и III);
класс III, γn=0,9 — различные склады без процессов сортировки и упаковки, одноэтажные жилые дома, временные здания и сооружения.
89. Как назначаются нормативные сопротивления бетона и арматуры?
Нормативными сопротивлениями бетона являются сопротивление осевому сжатию призм (призменная прочность) Rbn и сопротивление осевому растяжению Rbtn, которые определяются в зависимости от класса бетона по прочности (при обеспеченности 0,95).
При контроле класса бетона по прочности на осевое растяжение нормативное сопротивление бетона осевому растяжению Rbtn принимают равным его гарантированной прочности (классу) на осевое растяжение.
90. Как определяется расчетное сопротивление бетона и арматуры для первой и второй групп предельных состояний?
Расчетные сопротивления бетона для расчета по первой группе предельных состояний определяют делением нормативных сопротивлений на соответствующие коэффициенты надежности по бетону: Rb= Rbn/ γbc расчетное сопротивление бетона осевому растяжению Rbt= Rbtn/ γbt Значения расчетных сопротивлений бетона (округленно) приведены в таблицах норм на проектирование.
Расчетные сопротивления бетона для расчета по второй группе предельных состояний устанавливают при коэффициенте надежности по бетону γb=1, т.е. принимают равными нормативным значениям Rb,ser=Rbn, Rbt,ser=Rbt,n.
91. В чем сущность предварительного напряжения?
Идея создания предварительно напряжённого железобетона заключалась в том, чтобы бетон, плохо работающий на растяжение заставить работать на сжатие. С этой целью зоны железобетонного элемента, в которых предполагается появление растягивающих напряжений, под действием эксплуатационных нагрузок, в стадии изготовления подвергают интенсивному обжатию за счёт отпуска натяжных устройств растягиваемой арматуры.
а - сечение центрально растянутого элемента; б — армирование элементов кольцевого сечения спиралью из высокопрочной проволоки; в — то же, кольцевой арматурой; 1 — напрягаемая арматура; 2 — ненапрягаемая арматура; З — защитный слой
92. Какие железобетонные конструкции называются предварительно напряженными?
Такие железобетонные конструкции, в которых в процессе изготовления искусственные напряжения сжатия, называются предварительно напряжёнными.
Напрягаемую арматуру в предварительно напряженных железобетонных конструкциях размещают в соответствии с характером действующих усилий.
93.Как располагают предварительно напрягаемую арматуру в растянутых элементах?
Напрягаемую арматуру в предварительно напряженных железобетонных конструкциях размещают в соответствии с характером действующих усилий. Изгибаемые, внецентренно растянутые и внецентренно сжатые с большим эксцентриситетом элементы проектируют так, чтобы сечения имели развитые сжатую и растянутую зоны бетона (двутавровые, тавровые, коробчатые и т.п.).
94. Для чего устанавливают напрягаемую арматуру в растянутых элементах?
В изгибаемых элементах напрягаемую арматуру Spрасполагают в растянутой зоне, однако сжатую зону обычно также снабжают напрягаемой арматурой площадью сеченияА‘sp = (0, 15…0,25)Аsp. (рис. 2, а…в).
Напрягаемая арматура в сжатой зоне S’p в ряде случаев необходима для обеспечения трещиностойкости зоны, которая при выгибе балки в момент внецентренного обжатия бетона (при изготовлении) может оказаться растянутой.
95. Есть ли необходимость подвергать предварительному напряжению поперечную арматуру в опорной зоне изгибаемых элементов?
В изгибаемых элементах при действии значительных поперечных сил кроме продольной арматуры предварительному напряжению в случае необходимости может быть подвергнута также поперечная арматура (хомуты) на опорных участках балки. Двухосное предварительное напряжение, создаваемое около опор балок,существенно увеличивает трещиностойкость наклонных сечений.
96. Какие конструктивные мероприятия предусматривают по анкеровке предварительно напрягаемой арматуры?
В элементах с арматурой, размещенной в каналах и натягиваемой на бетон расстояния в свету между каналами принимается равным не менее диаметра канала и не менее 50 мм.
При непрерывном армировании проволоки в каждом ряду можно располагать вплотную, без зазора. Однако должна быть обеспечена анкеровка проволок и предусмотрены конструктивные меры против отслоения защитного слоя (например, установка сеток).
Толщина защитного слоя бетона при расположении арматуры в пазах или снаружи сечения элемента должна быть не менее 20 мм. В элементах, изготовленных с натяжением арматуры на бетон, толщина защитного слоя бетона, считая от поверхности элемента до канала, принимается равной: при расположении в канале по одному пучку или стержня не менее 20мм плюс половина диаметра канала; при групповом расположении пучков, канатов или стержней — не менее 80мм для боковых стенок и не менее 60мм или половины ширины канала для нижних стенок (рис. 3,а).
Анкерные устройства, располагаемые на поверхности бетона, должны быть защищены слоем бетона или раствора толщиной не менее 5 мм или покрыты антикоррозийным составом.
При конструировании предварительно напряженных железобетонных элементов необходимо предусматривать местное усиление участков, подвергаемых действию значительных местных усилий. К таким участкам относятся, например, места расположения анкеров и опирания натяжных устройств (при натяжении на бетон), которые следует усиливать дополнительной поперечной арматурой, установкой закладных деталей, увеличением размеров сечений элементов на этих участках, и т.п. В местах перегиба арматуры усиление бетона производится установкой стальных обойм, хомутов или сеток (рис. 3,б).
97.) В строительной практике нашли применение сборно-монолитные и сборные железобетонные конструкции, армированные заранее изготовленными предварительно напряженными линейными (струнобетонными) элементами в виде брусков, досок, рамок и т н. При проектировании и изготовлении таких элементов необходимо соблюдать условия, при которых равнодействующая обжимающих усилий была бы точно приложена в центре тяжести сечений с тем, чтобы элементы были центрально сжатыми и не имели искривлений. Для обеспечения надежной совместной работы элементов с окружающим бетоном предусматриваются выпуски арматуры, уширения концов, шероховатая поверхность и т.п. Совместность работы элементов в поперечном направлении обеспечивается установкой поперечной арматуры
98.) Преимущества. В предварительно напряженных конструкциях представляется возможность использовать высокоэкономичную стержневую арматуру повышенной прочности и высокопрочную проволочную арматуру, позволяющих в среднем до 50% сокращать расход дефицитной стали в строительстве. Предварительное обжатие растянутых зон бетона значительно отдаляет момент образования трещин в растянутых зонах элементов (повышает трещиностойкость), ограничивает ширину их раскрытия и повышает жёсткость элементов, практически не влияя на их прочность.
99.) В производстве предварительно напряженных элементов возможны два метода создания предварительного напряжения: натяжение арматуры на упор и натяжение её на бетон.
100.) Существуют три основных способа натяжения арматуры: механический, электротермический и физико-химический (самонапряжение).
Механическое натяжение арматуры производится преимущественно гидравлическими домкратами, развивающими большие силы натяжения и позволяющими достаточно точно измерять силу натяжения.
Электротермический способ. Этим способом в настоящее время изготовляется примерно 3/4 выпускаемого предварительно напряженного железобетона. Достоинство способа в его исключительной простоте и возможности применения на любом заводе и предприятии. Используемое оборудование в 5—10 раз дешевле, чем при механическом натяжении, а трудоемкость изготовления в 2—3 раза ниже.
Физико-химический способ натяжения используется при изготовлении самонапряженных конструкций, в которых предварительное напряжение арматуры достигается в результате саморасширения бетона элемента, приготовленного на расширяющемся цементе. Растягивающие усилия, возникающие в арматуре, обжимают бетон.
101.) Для натяжения высокопрочной проволоки находит применение так называемый комбинированный способ натяжения, который состоит в непрерывном армировании на поворотных столах нагретой проволоки. При комбинированном способе около 50% напряжения обеспечивается при механическом натяжении и 50% при остывании нагретой проволоки. Это вдвое увеличивает производительность машин, облегчает их конструкцию, позволяет повысить величину контролируемого предварительного напряжения.
102.) Стержневую арматуру можно натягивать на упоры электротермическим способом. Стержни с высаженными головками разогревают электрическим током до 300...350°С, заводят в форму и закрепляют концами в упорах форм. При восстановлении начальной длины в процессе остывания арматура натягивается на упоры. Арматуру можно натягивать также электротермомеханическим способом.
103.) Физико-химический способ натяжения используется при изготовлении самонапряженных конструкций, в которых предварительное напряжение арматуры достигается в результате саморасширения бетона элемента, приготовленного на расширяющемся цементе. Растягивающие усилия, возникающие в арматуре, обжимают бетон.
104.) Процесс натяжения арматуры переносится непосредственно на строительную площадку, например при изготовлении большепролетных или крупноразмерных конструкций или при укрупнительной сборке составных конструкций, отдельные секции которых изготавливаются на заводах, и т.п. В этих случаях роль упоров выполняет сама конструкция, в которой при бетонировании оставляют каналы или пазы. Каналы образуют при помощи специальных стальных или картонных гофрированных каналообразователей. Последние после бетонирования не извлекаются. После достижения бетоном достаточной прочности арматура, расположенная в каналах или пазах, подвергается натяжению и анкеровке. Затем для лучшего сцепления арматуры с бетоном и предотвращения ее коррозии в каналы нагнетают цементный раствор под давлением 5…6 amм.
105.) Передаточная прочность – нормируемая прочность бетона предварительно напряженных изделий к моменту передачи на него предварительного натяжения арматуры.
106.) Значения предварительного напряжения σsp с учетом допустимых отклонений р назначаются такими, чтобы выполнялись условия:
σsp +р ≤ Rs.ser ; σsp – р ≥ 0,3Rs.ser (1)
При механическом способе натяжения арматуры p=0,05σsp, а при электротермическом или электротермомеханическом р = 30 + 360/ l (где l — расстояние между наружными гранями упоров, м).
Значения напряжений σcon1 , контролируемые по окончании натяжения на упоры, принимаются равными σsp за вычетом потерь преднапряжений от деформаций анкеров и трения арматуры.
При натяжении арматуры на бетон контролируемые в месте натяжения напряжения определяются по формуле в зависимости от величины равнодействующей усилий предварительного напряжения арматуры и геометрических параметров приведённого сечения элемента.
107.) Напряжения, создаваемые в арматуре при её натяжении, со временем снижаются в результате появления необратимых потерь предварительного напряжения, обусловленных усадкой и ползучестью бетона, релаксацией напряжений стали, деформацией анкеров, трением арматуры о стенки каналов и др. При расчёте предварительно напряженных конструкций необходимо учитывать эти потери напряжений, т.к. величина их может быть весьма значительной (до 30…40% контролируемого преднапряжения σsp).
При расчете предварительно напряженных конструкций следует учитывать снижение предварительных напряжений вследствие потерь предварительного напряжения - до передачи усилий натяжения на бетон (первые потери) и после передачи усилия на бетон (вторые потери).
108.) Первые потери предварительного напряжения включают потери от релаксации предварительных напряжений в арматуре, потери от температурного перепада при термической обработке конструкций, потери от деформации анкеров и деформации формы.
Вторые потери предварительного напряжения включают потери от релаксации напряжений, усадки и ползучести бетона.
109.) 1. Потери от релаксации напряжений арматуры определяют по формулам в зависимости от класса арматуры (стержневая или проволочная) и способа натяжения.
2. Потери от температурного перепада Δt, определяемого как разность температур натянутой арматуры в зоне нагрева и устройства, воспринимающего усилия натяжения, °С. Определяют по формулам норм.
3. Потери от деформации стальной формы (упоров) при неодновременном натяжении арматуры на форму определяются по формулам норм.
4. Потери от деформации анкеров, расположенных у натяжных устройств, определяются по формулам норм. При электротермическом способе натяжения потери от деформации анкеров не учитываются, так как они должны быть учтены при определении значений полного удлинения арматуры.
5. Потери от усадки бетона определяют по формулам норм.
6. Потери напряжений в рассматриваемой напрягаемой арматуре (S или S') от ползучести бетона определяют по формулам норм.
110.) Состояние 1: уложенная в форму нижняя и верхняя арматуры натянуты на упорах до контролируемых напряжений.
Состояние 2. Элемент бетонируют и выдерживают до приобретения бетоном прочности Rbp≥0,7В. В этом состоянии происходят первые потери напряжения.
Состояние 3: арматура отпущена с упоров, она обжимает элемент, обжатие происходит внецентренно, так как арматура несимметрична; вследствие этого элемент выгибается.
Состояние 4. При обжатии элемента напряжения в арматуре уменьшаются и происходят вторые потери.
Состояние 5. Приложена внешняя нагрузка к элементу. Изгибающий момент от нагрузки создает в сечении двухзначную эпюру приращений напряжения. Эти напряжения суммируются с напряжениями предварительного обжатия.
Состояние 6. Внешняя нагрузка возрастает до значения, при котором момент от неё в сечении элемента увеличит растягивающие напряжения в бетоне до предельного сопротивления растяжению. Напряжения в арматуре при этом возрастут, примерно до 30 МПа, что соответствует стадии I.
Состояние 7. при последующем увеличении нагрузки образуются трещины и наступает стадия II работы элемента
Состояние 8. При последующем увеличении нагрузки наступает стадия III, когда происходит разрушение элемента при достижении растянутой арматурой или бетоном сжатой зоны предельного сопротивления
111.) Состояние 7. при последующем увеличении нагрузки образуются трещины и наступает стадия II работы элемента. В сечениях, совпадающих с трещинами, усилия в растянутой зоне элемента воспринимаются одной растянутой арматурой. Напряжение в бетоне сжатой зоны и растянутой арматуре растут по мере увеличения нагрузки, но не достигают предельных значений.
112.) Прочность изгибаемых железобетонных элементов любого симметричного профиля по нормальным сечениям, согласно первой группе предельных состояний, рассчитывают по III стадии напряженно-деформированного состояния. В расчетной схеме усилий принимают, что на элемент действует изгибающий момент М, вычисляемый от расчетных значений нагрузок, а в арматуре и бетоне действуют усилия, соответствующие напряжениям, равным расчетным сопротивлениям.