ответы по ЖБК 1-6 вопрос

1.Элементы железобетонных конструкций, работающие на центральное и внецентренное растяжение. Конструктивные особенности растянутых элементов. В условиях центрального (осевого) растяжения находятся затяжки арок, нижние пояса и нисходящие раскосы ферм, стенки круглых в плане резервуа-ров для жидкостей 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 ж/б-ных элементов, 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 литейных элементах (затяжки арок, нижние пояса ферм) не должна иметь стыков. В поперечном сечении элемента предварительно напрягаемую арматуру размещают симметрично с тем, чтобы при передаче обжимающего усилия (всего целиком или постепенно, обжимая сечение усилиями отдельных групп стержней) по возможности избежать внецен-тренного обжатия элемента. При натяжении на бетон предварительно напря-женная 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. Ее располагают ближе к наружным поверх-ностям, чтобы она эффективнее усиливала элемент против возможных внецентрен-ных воздействий в процессе обжатия. В условиях внецентренного растяжения находятся стенки резервуаров (бункеров), прямоугольных в плане, испытывающие внутреннее давление от содержимого, нижние пояса безраскосных ферм и некото-рые другие элементы конструкций. Такие элементы одновременно растягиваются продольной силой N и изгибаются моментом М, что равносильно внецентренному растяжению усилием N с эксцентриситетом относит-но 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 трещиностойкость. 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.

Внецентренное растяжение и сжатие вызывается действием силы , параллельной продольной оси стержня , но не проходит через центр тяжести поперечного сечения

2) Расчет прочности центрально-растянутых элементов. Применение предварительного напряжения. Разрушение центрально-растянутых элементов происходит после того, как в бетоне образуются сквозные трещины и он в этих местах выключается из работы, а в арматуре напряжения достигают предела теку-чести или временного сопротивления разрыву. Несущая способность центрально-растянутого элемента обусловлена предельным сопротивлением арматуры без учета бетона. В соответствии с этим прочность центрально-растянутых элементов, в общем случае имеющих в составе сечения предварительно напрягаемую и ненапрягаемую арматуру с площадями сечения соответственно и рассчи-тывают по условию N=γ_S6R_SA_SP+R_SA_{S , где} γ_{S6-коэффицент, учитывающий условия} работы высокопрочной арматуры при напряжениях выше условного предела текучести, применяемый равный ɳ. Если применяется напрягаемая арматура с условным пределом текучести, то вместо γ_SR_{S вводится расчетное напряжение .} В элементах с напрягаемой арматурой без анкеров необходимо проверять прочность сечений элемента в пределах длины зоны передачи напряжений. Расчетное сопротивление арматуры здесь принимают сниженным, определяя его умножением на коэффициент γ_S5=l_x/l_p, где l_x - расстояние от нача-ла зоны передачи напряжений до рассматриваемого сечения арматуры в пределах этой зоны; l_p - полная длина зоны передачи напряжений. Предварительно-напря-женные конструкции – это конструкции или их элементы, в которых предварительно, т.е. в процессе изготовления, искусственно созданы в соответствии с расчетом начальные напряжения растяжения в арматуре и обжатия в бетоне. Обжатие бетона на величину σ_bp осуществляется предварительно натянутой арматурой, которая после отпуска натяжных устройств стремится возвратится в первоначаль-ное состояние. Проскальзывание арматуры в бетоне исключается их взаимным сцеплением или специальной анкеровкой торцов арматуры в бетоне. Начальные сжимающие напряжения создают в тех зонах бетона, которые впоследствии испы-тывают растяжение. Железобетонные элементы без предварительного напряжения работают при наличии трещин:, где - эксплу-атационная нагрузка,-нагрузка, при которой образуются трещины;- разру-шающая нагрузка. Железобетонные предварительно-напряженные элементы работают под нагрузкой без трещин или с ограниченным по ширине их раскрытием: . Таким образом, предварительное напряжение не повы-шает прочность конструкции, а увеличивает ее жесткость и трещиностойкость

3. Два расчетных случая для внецентренно растянутых элементов. Случай внецентренно прямоугольного профиля. Предельное состояние по несущей способности элементов любого симметричного сечения, внецентренно растянутых в плоскости симметрии, в случае 1 характеризуется тем, что бетон в элементах пересечен сквозными поперечными трещинами, и потому в нормальных сечениях, совпадающих с трещинами, сопротивляется внешнему усилию лишь продольная арматура. Разрушение элемента наступает, когда напряжения в продольной арма-туре достигают предельного значения. Случай 1 – внешняя продольная сила приложена между равнодействующими усилий в арматуре (малые эксцентриситеты).

Условия прочности получают, составив уравнения равновесия моментов (относительно центров тяжести арматуры):

В случае 2 предельное состояние по несущей способности внецентренно растянутых элементов сходно с предельным состоянием изгибаемых элементов. Часть сечения у грани, удаленной от силы N, сжата, противоположная часть сечения растянута. Вследствие образования трещин в бетоне растянутой зоны сечения растягивающие усилия в трещинах воспринимаются только арматурой. Несущая способность элемента обусловлена предельным сопротивлением растяжению арматуры растянутой зоны и предельным сопротивлением сжатию бетона и ненапрягаемой арматуры сжатой зоны; при этом, если в сжатой зоне находится предварительно напрягаемая арматура, напряжения в ней определяют по указаниям, приведенным при расчете изгибаемых элементов

Внешняя продольная сила находится за пределами расстояния между равнодей-ствующими усилий в арматуре (большие эксцентриситеты). Условия прочности примут вид: . В элем-ах прямоуг-го профиля

4. Трещиностойкость.Три категории требований к трещиностойкости железобетонных конструкций.Трещиностойкостью железобетонной конструкции называют ее сопротивление образованию трещин в стадии I напряженно-деформированного состояния или сопротивление раскрытию трещин в стадии II напряженно-деформированного состояния. Непродолжительным считается раскрытие трещин при действии постоянных, длительных и кратковременных нагрузок; продолжительным считается раскрытие трещин при действии только постоянных и длительных нагрузок. Предельная ширина раскрытия трещин, при которой обеспечиваются нормальная эксплуатация зданий, коррозионная стойкость арматуры и долговечность конструкции, в зависимости от категории требований по трещиностойкости не должна превышать 0,05- 0,4 мм. Предварительно напряженные элементы, находящиеся под давлением жидкости или газов (резервуары, напорные трубы и т.п.), при полностью растянутом сечении со стержневой или проволочной арматурой, а также при частично сжатом сечении с проволочной арматурой диаметром 3 мм и менее должны отвечать требованиям первой категории. Другие предварительно напряженные элементы в зависимости от условий работы конструкции и вида арматуры должны отвечать требованиям второй или третьей категории.

Расчет по образованию трещин заключается в про­верке условия, что трещины в сечениях, нормальных к продольной оси, не образуются, если продольная сила N от действия внешней нагрузки не превосходит внутрен­него предельного усилия в сечении перед образованием трещин N_crc, т. е.:Продольное усилие N_crc определяют по напряжениям, возникающим в материалах перед образованием трещин:

 ,где А - площадь сечения элемента;

A_s — суммарная площадь сечения напрягаемой и ненапрягаемой арматуры;

Р — усилие предваритель­ного обжатия.

 Для элемента без предварительного напряжения при определении усилия N_crc в следует при­нять.

Вызванное ползучестью и усадкой бетона сжимаю­щее напряжение в ненапрягаемой арматуре σ_s снижает сопротивление образованию трещин элемента.

5. Момент образования трещин Прочность бетона на растяжение в 15-20 раз ниже, чем прочность на сжатие. Стадии напряженно-деформированного состояния (НДС) I стадия. В начале I стадии бетон растянутой зоны сохраняет сплошность, работает упруго. Усилия в растянутой зоне воспринимает в основном бетон. Напряжения в арматуре незначительны. Конец I стадии наступает, когда деформации удлинения крайних волокон достигнут предельной растяжимости.

II стадия. В бетоне растянутой зоны интенсивно образуются и раскрываются трещины. В местах трещин растягивающие усилия воспринимает арматура и бетон над трещиной под нулевой линией. На участках между трещинами – арматура и бетон работают еще совместно. По мере возрастания нагрузки напряжения в арматуре приближаются к пределу текучести R_s, т.е. происходит конец II стадии.

По II стадии рассчитывают величину раскрытия трещин и кривизну элементов.

III стадия. Стадия разрушения элемента. Самая короткая по продолжительности. Напряжения в арматуре достигают предела текучести, а в бетоне – временного сопротивления осевому сжатию. Бетон растянутой зоны из работы элемента почти полностью исключается. Расчет ширины раскрытия трещин

По II группе предельных состояний выполняют расчеты по образованию трещин, раскрытию трещин и расчет по перемещениям. Считается, что трещины, нормальные к продольной оси, не появляются, если усилие, возникающее в элементе от внешних воздействий, не будет превышать внутреннего усилия, которое может воспринять сечение перед образованием трещин: F≤F_crc,

где F – усилие от нормативных нагрузок (M или N); F_crc – внутреннее усилие, которое может выдержать элемент перед образованием трещин, т.е. при напряжениях в растянутой зоне сечения равных R_btn.

Считается, что ширина раскрытия трещин, возникающих в элементе от внешних воздействий, не будет превышать допустимой, если ее значение меньше предельной: a_crc≤a_crc,u, где a_crc – расчетное значение ширины раскрытия трещины; a_crc,u – предельно допустимая ширина раскрытия трещины

6. РАСЧЁТ ПО ДЕФОРМАЦИЯМ ОПРЕДЕЛЕНИЕ КРИВИЗНЫ ОСИ И ЖЁСТКОСТИ ИЗГИБАЕМЫХ И ВНЕЦЕНТРЕННО НАГРУЖЕННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ НА УЧАСТКАХ С ТЕРЩИНАМИ И БЕЗ ТРЕЩИН. РАСЧЁТ ПРОГИБОВ. 1. Определение кривизны железобетонного элемента. По длине железобетонного элемента в зависимости от вида нагрузки и характера напряженного состояния могут быть участки без трещин и участки, где в растянутой зоне есть трещины. 2. Определение кривизны железобетонных элементов на участках без трещин в растянутой зоне.

На участках, где не образуются нормальные к продольной оси трещины, полная величина кривизны изгибаемых, внецентренно сжатых и внецентренно растянутых элементов определяется по формуле где (1/r)1  – кривизна от действия кратковременных нагрузок, (1/r)2 – кривизна от действия постоянных и длительных временных нагрузок (без учета усилия Р).

Для элементов без предварительного напряжения значения кривизны (1/r)3  и (1/r)4  принимают равными нулю. Определение кривизны ж/б-ных элементов на участках с трещинами в растянутой зоне. Полная кривизна (1/r) для участка с трещинами в растянутой зоне должна определяться по формуле

где (1/r)1 – кривизна от непродолжит-го действия всей нагрузки, на которую производится расчет по деформациям; (1/r)2 -кривизна от непродолжительного действия постоянных и длительных нагрузок;

  (1/r)3 – кривизна от продолжительного действия постоянных и длительных нагрузок;

  (1/r)4 – кривизна, обусловленная выгибом элемента вследствие усадки и ползучести бетона от усилия предварительного обжатия. Расчет прогибов

Прогиб f_m, обусловленный деформацией изгиба, определяется по формуле, где–изгибающий момент в сечении х от действия единичной силы, приложенной по направлению искомого перемещения элемента в сечении х по длине пролета, для которого определяется прогиб;   (1/r)х – полная кривизна элемента в сечении х от нагрузки, при которой определяется прогиб; Для изгибаемых элементов постоянного сечения без предварит-го напряжения арматуры, имеющих трещины, на каждом участке, в пределах которого изгибающий момент не меняет знака, кривизну допускается вычислять для наиболее напряженного сечения

8. Классификация перекрытий Перекрытия — горизонтальные ограждающие конструкции, разделяющие по высоте объем здания на этажи; одновременно они являются и несущими, так как воспринимают вертикальные нагрузки от людей, оборудования и материалов, находящихся на этаже, и горизонтальные ветровые нагрузки, передающиеся от стен зданий, т. е. перекрытия выполняют роль диафрагм жесткости в горизонтальном направлении, обеспечивающих устойчивость зданий. По расположению в здании перекрытия разделяют на междуэтажные, чердачные и перекрытия над подвалами. По роду материалов основных несущих элементов перекрытия могут быть железобетонными (сборными, монолитными), деревянными и комбинированными, в которых несущие балки (ригели) выполнены из стали, а плиты перекрытий железобетонные. По конструктивным схемам перекрытия делятся на балочные, ребристые и панельные (безбалочные).

БАЛОЧНЫЕ ПЛИТЫ — это балки, которые в верхней части расширены плитами. Несущая способность балочных плит основана на совместном действии балок и плит. Поэтому плиты и балки должны быть связаны между собой арматурой так, чтобы была обеспечена прочность на сдвиг. Толщина плит должна составлять минимум 7 см, а высота сечения балок не должна быть меньше 10 см. Различают односторонние и двухсторонние балочные плиты. ПЛИТА, ОПЁРТАЯ ПО КОНТУРУ-плита, опирающаяся по всему её периметру.

В состав конструкции балочного панельного сборного перекрытия входят плиты и поддерживающие их балки, называемые ригелями, или главными балками. Ригели опираются на колонны и стены; направ­ление ригелей может быть продоль-ное (вдоль здания) или поперечное. Ригели вместе с колонна­ми образуют рамы.

В поперечном направлении перекрытие может иметь два-три пролета (для гражданских зданий) и пять-шесть пролетов для промышленных зданий. Размеры пролета ригелей промышленных зданий определяются общей

компоновкой (разработкой) конструктивной схемы перекры­тия, нагрузкой от технологического оборудования. Компоновка конструктивной схемы перекрытия за­ключается в выборе направления ригелей, установлении размеров пролета и шага ригелей, типа и размеров плит перекрытий; при этом учитывают: величину временной нагрузки, назначение здания, архитектурно-планировочное решение; общую компоновку конструкции всего здания. В зданиях, где пространственная жесткость в попереч­ном направлении создается рамами с жесткими узлами, ригели располагают в поперечном направлений, а пане­ли — в продольном. В жилых и общественных зданиях ригели могут иметь продольное направление, а плиты— поперечное. В каждом случае выбирается соответствую­щая сетка колонн;

При проектировании разрабатывают несколько вари­антов конструктивных схем перекрытия и на основании сравнения выбирают наиболее экономичную.

10. РАСЧЕТ НЕРАЗРЕЗНОГО РИГЕЛЯ С УЧЕТОМ ПЕРЕРАСПРЕДЕЛЕНИЯ УСИЛИЙ, ПОСТРОЕНИЕ ОГИБАЮЩЕЙ ЭПЮРЫ ИЗГИБАЮЩИХ МОМЕНТОВ. ПОСТРОЕНИЕ ЭПЮРЫ АРМАТУРЫ. Расчет с учетом перераспределения усилий позволяет стандартизировать и упростить армирование и дает экономию арматуры по сравнению с упругим расчетом до 20%. Рассчитывают ригель в такой после-довательности. В начале устанавливают расчетную схему неразрезной балки. Расчетный пролет принимают равным расстоянию между осями колонн. Нагрузка, действующая на ригель от плит перекрытия, принимается равномерно распределенной при плоских плитах или сосредоточенной при ребристых плитах с ребрами, расположенными вниз. Подсчитывают постоянные g и временные v нагрузки на ригель:; ,

где g₂–нагрузка от собственной массы ригеля; l _sup- ширина грузовой площади ригеля, равная пролету плиты; g₁, v₁ - нагрузки на единицу площади перекрытия.

Затем как для упругой неразрезной балки находят изгибающие моменты и поперечные силы от постоянной нагрузки g и временной нагрузки V при невыгодных расположениях последней по длине ригеля

Где α, β, γ, δ – коэффициенты, зависящие от вида нагрузки, комбинации и загружения и количества пролетов балки.

После построения эпюры изгибающих моментов для заданных загружений вычисляются значения моментов в заданных сечениях.

Далее производят подбор сечений продольной арматуры в расчетных сечениях – в пролетах и на опорах, выполняют расчет наклонных сечений, строят эпюры арматуры и определяют места фактического обрыва продольной арматуры в целях ее экономии.

Построение эпюры арматуры выполняется с целью рационального размещения продольной арматуры в растянутых зонах балки. Так как определение площадей продольной арматуры производится в сечениях с максимальными внешними моментами, а сами моменты изменяют свою величину и знак по длине балки, то появляется необходимость распределения арматуры по длине балки, при котором эпюра материалов максимально приближается к эпюре внешних моментов. Это достигается за счет обрыва части стержней продольной арматуры

_Для работы верхних стержней необходима их дополнительная заделка с каждой стороны на величину W, равную 20 диаметрам арматуры:

11.Конструкции и расчёт стыковых соединений элементов.

Стыки и концевые участки. Сборные конструкции зданий, смонтированные из отдельных элементов, работают совместно под нагруз­кой благодаря стыкам и соединениям, обеспечивающим их надежную связь. Стыки и соединения сборных кон­струкций классифицируют по функциональному призна­ку и расчетно-конструктивному. По функциональному признаку различают: стыки ко­лонн с фундаментами, колонн друг с другом, ригелей с колоннами; узлы опирания подкрановых балок, ферм, балок покрытий на колонны; узлы опирания панелей на ригели и т. п. По расчетно-конструктивному признаку различают стыки: испытывающие сжатие, испытывающие растяжения, работающие на изгиб с попереч­ной силой, и т. п.

В стыках усилия от одного элемента к другому пе­редаются через соединяемую сваркой рабочую армату­ру, металлические закладные детали, бетон замоноличивания. Правильно запроектированный стык под дейст­вием расчетных нагрузок должен обладать прочностью и жесткостью, неизменяемостью взаимного положения соединяемых элементов. Концевые участки сжатых соединяемых элементов усиливают попереч­ными сетками косвенного армирования.

В сборных предварительно напряженных элементах необходимо предусматривать местное усиление конце­вых участков против образования продольных раскалывающих трещин при отпуске натяжения арматуры. Стыки растянутых элементов выполняют, сваривая выпуски арматуры или стальных закладных деталей, а в предварительно напряженных конструкциях — про­пуская через каналы или пазы элементов пучки, кана­ты или стержни арматуры с последующим натяжением. В стыках сварку основных рабочих швов выполняют в нижнем и вертикальном положении.

12. 13. РЕБРИСТОЕ МОНОЛИТНОЕ ПЕРЕКРЫТИЕ С БАЛОЧНЫМИ ПЛИТАМИ.

Ребристое перекрытие с балочными плитами состоит из плиты, работающей по короткому направлению, вто­ростепенных и главных балок. Сущность конструкции монолитного ребри­стого перекрытия в том, что бетон в целях экономии уда­лен из растянутой зоны сечений, где сохранены лишь ребра, в которых сконцентрирована растянутая арматура Полка ребер — плита — с пролетом, равным расстоянию между второстепенными балками, работает на местный изгиб. Второстепенные балки опираются на монолитно связанные с ними главные балки, а те, в свою очередь, — на колонны и наружные стены. Главные балки располагают в продольном или попе­речном направлении здания с пролетом 6...8 м. Второ­степенные балки размещают так, чтобы ось одной из ба­лок совпала с осью колонны. Пролет второстепенных балок составляет 5...7 м, плиты — 1,5..2,5 м. Расчетный пролет плиты принимают равным расстоя­нию в свету между второстепенными балками и при опирании на наружные стены — расстоянию от оси опоры на стене до грани ребра. Изгибающие моменты в неразрезных балочных пли­тах определяют с учетом перераспределения моментов и при этом созда­ют равномоментную систему. Многопролетные балочные плиты в соответствии с ха­рактером эпюры моментов армируют рулонными сетками с продольным расположением рабочей арматуры. Рулон раскатывают по опалубке поперек каркасов второстепен­ных балок; сетки перегибают на расстоя­нии 0,25 L от оси опоры.

Расчетный пролет второстепенных балок также при­нимают равным расстоянию в свету между главными бал­ками, а при опирании на наружные стены — расстоянию от оси опоры на стене до грани главной балки. Изгибающие моменты во второстепенных балках определяют с учетом перераспределения моментов и при этом созда­ют равномоментную систему.

Поперечные силы второстепенной балки принимают от нагрузки q=g+v:

-на крайней свободной опоре Q = 0,4g/l; -на первой промежуточной опоре слева Q = 0,6g/l; -на первой промежуточной опоре справа и на всех остальных опорах Q = 0,5g/l. Второстепенные балки армируют в пролете плоскими каркасами, которые перед установкой в опалубку объединяют в пространственный каркас сваркой горизонт-ных поперечных стержней. Эти кар­касы доходят до граней главных балок, где связываются понизу стыковыми стержнями. На опорах второстепенные балки армируют двумя гнутыми сетками с продольными рабочими стержнями.