2.1.2. Принцип расчета железобетонных конструкций

Надежность железобетонных элементов может быть оценена при наличии статистической информации об изменении прочностных и конструкционных параметров и параметров внешних воздействий, происходящих во времени. Так как информация об изменениях во времени отсутствует, целесообразно ввести понятие начальной надежности, под которой понимается вероятность безотказной работы железобетонной конструкции в начальный период работы.

В этом случае исключается из расчетов фактор времени.

При решении практических задач возможны два случая. Первый - когда известны характеристики распределения внешних воздействий и внутреннего сопротивления. Второй — когда известны характеристики распределения только внутреннего сопротивления.

Рассмотрим вначале первый случай. В этом случае целесообразно расчеты статистической модели строить на основе функции

где R - несущая способность железобетонной конструкции;

M,N,Q - внешнее воздействие.

Равенство

может выражать условие надежности по любому состоянию, поэтому R может характеризовать несущую способность, деформативность, трещиностойкость, a M,N,Q - любое внешнее воздействие.

Вероятность ненаступления какого-либо из предельных состояний является показателем надежности железобетонных конструкций, вероятность безотказной работы, а вероятность наступления - отказом.

2.1.3. Практический метод расчета железобетонных элементов

При отсутствии сведений о характеристиках распределений нагрузок можно за критерий вероятности отказа или безотказной работы выбрать нагрузку, вызывающую в сечении расчетные усилия и которую можно определить по расчетным характеристикам материала.

Начальная надежность определяется для проектного решения и для реальной конструкции.

Проектная начальная надежность железобетонной конструкции зависит лишь от принятых в СНиПе статистических характеристик прочности бетона и арматуры.

Фактическая надежность реальной конструкции зависит от значительно большего количества факторов, таких как изменчивость геометрических размеров, положения арматуры в сечении,

прочностных параметров бетона и арматуры и т.п. Чем больше изменчивость этих параметров, тем ниже надежность и наоборот.

Для определения надежности железобетонной конструкции необходимо знать характеристики распределения свойств конструкции.

Идеальным решением этого вопроса было бы получение сведений по результатам многочисленных опытов одного и того же типа конструкций, проведенных в совершенно одинаковых условиях.

Однако такие сведения получить очень трудно, так как массовые испытания одного вида конструкций экономически невыгодны.

Поэтому вопрос об определении статистических характеристик, распределений свойств железобетонной конструкции целесообразно решать, используя методы теории вероятностей и математической статистики по изменчивости параметров, входящих в состав данной конструкции.

2.2. Метод расчета по предельным состояниям

2.2.1. Стадии напряженно-деформированного состояния железобетонных элементов.

Рассмотрим изменение напряженного состояния железобетонного изгибаемого элемента при изменении нагрузки от нуля до момента его разрушения. При этом можно наблюдать три характерные стадии.

Стадия I. (рис.2.3.). При малой нагрузке работает все сечение.

Напряжения в бетоне сжатой и растянутой зон и в арматуре невелики, деформации носят упругий характер, эпюры нормальных напряжений в бетоне сжатой и растянутой зон - треугольные. По мере увеличения нагрузки в бетоне растянутой зоны развиваются неупругие деформации, эпюра напряжений становится криволинейной, напряжения приближаются к пределу прочности при растяжении. Конец стадии I наступает тогда,

когда удлинение крайних волокон растянутого бетона и его сопротивление достигают предельных величин. При дальнейшем увеличении нагрузки в сечении появляются трещины и элемент переходит в новое качественное состояние.

Напряженное состояние стадии I положено в основу расчета по образованию трещин.

Стадия II. При дальнейшем увеличении нагрузки трещины постепенно раскрываются. Растягивающие усилия в местах трещин воспринимаются арматурой и участком бетона над трещиной. По мере роста напряжений увеличиваются пластические деформации в бетоне сжатой зоны и эпюра нормальных напряжений искривляется.

Эта стадия называется эксплуатационной. По этой стадии производится расчет ширины раскрытия трещин и деформации.

Стадия III (стадия разрушения).

При дальнейшем возрастании нагрузки напряжения в бетоне и арматуре увеличиваются. При достижении в арматуре напряжений предела текучести происходит дальнейшее раскрытие трещин и сокращение высоты сжатой зоны, вследствие чего напряжения в бетоне сжатой зоны достигают значений временного сопротивления сжатию и происходит его разрушение. Разрушение' сечения носит пластический характер, его называют случаем первым.

В элементах с избыточным содержанием арматуры (переармированных) разрушение элемента происходит вследствие раздавливания бетона сжатой зоны, при этом прочностные свойства арматуры используются не полностью, так как напряжения в ней не достигают предела текучести. Такое разрушение носит хрупкий характер.

В стадии III эпюра напряжений в сжатой зоне имеет криволинейный вид, близкий к прямоугольному. Эта стадия, представляющая предельные состояния, положена в основу расчета прочности.

По длине элемента внутренние усилия меняются, вследствие чего сечения испытывают разные стадии напряженно-деформированного состояния.

В предварительно напряженных элементах до приложения внешней нагрузки напрягаемая арматура обжимает сечение. При загружении внешней нагрузкой сжимающие напряжения постепенно погашаются, становятся равными нулю, затем в этих зонах возникают растягивающие напряжения. В последующем преднапряженный элемент проходит те же стадии напряженно-деформированного состояния, что и элемент без предварительного напряжения.

Рис.2.3. Стадии напряженно-деформированного состояния