7.5 Расчет на прочность растянутых железобетонных элементов
7.5.1 Общие положения расчета
Под центрально растянутыми понимают железобетонные элементы, в нормальном сечении которых точка приложения расчетной нагрузки (Np) совпадает с точкой приложения равнодействующей усилий в продольной арматуре (см. рис.1.43).
Рис.1.43 Схема действия усилий в нормальном сечении центрально растянутого элемента
В условиях центрального растяжения работают нижние пояса ферм, часть раскосов ферм, затяжки арок, стенки резервуаров, силосов, труб и других сборных элементов.
Продольная (напрягаемая и ненапрягаемая) арматура в центрально растянутых элементах предназначена для восприятия всей растягивающей силы «N», т.к. бетон при растяжении весьма быстро выключается из работы в связи с появлением в нем трещин.
Расчетную нагрузку в центрально растянутых элементах полностью воспринимает арматура, поэтому их выгодно армировать высокопрочной предварительно напряженной арматурой, что позволяет получить максимальную экономию арматурной стали. В связи с наличием достаточно больших упругих деформаций предварительное напряжение высокопрочной арматуры практически не оказывает влияния на несущую способность растянутых элементов, за исключением упрочнения самой арматуры за счет наклепа. Предварительное напряжение оказывает влияние на трещиностойкость конструкции.
В целях исключения изгиба и кручения напрягаемую арматуру размещают по сечению симметрично.
Для повышения огнестойкости нормы рекомендуют располагать в углах элемента ненапрягаемую арматуру диаметром не менее 10мм, а шаг хомутов принимать не более высоты сечения элемента.
При конструировании растягиваемых элементов особое внимание следует уделять концевым участкам, которые должны обеспечить надежную передачу усилий, а также на участки стыковки арматуры.
Стыки арматуры выполняют сварными. Для ненапрягаемой арматуры нормы допускают стыкование внахлестку, при этом в одном сечении элемента должно располагаться не более 25% стержней класса А240 и 50% арматуры периодического профиля.
При центральном растяжении до появления трещин большую часть усилия воспринимает бетон (ввиду высокой жесткости) и меньшую часть- продольная арматура. Напряжения в арматуре перед появлением трещин можно подсчитать, исходя из равенства величины предельных деформаций бетона и деформаций арматуры при растяжении в виде
,
где
- предельная деформация бетона при
растяжении (см.п.3.1.4 лекций)
Большое влияние на величину усилия, при котором возникает первая трещина, оказывает усадка бетона, вызывающая в нем растягивающие напряжения. Кроме этого на появление трещин существенно влияет эксцентриситет приложения силы. Разрушение элемента при растяжении происходит при напряжении равном пределу текучести материала арматуры (физическом (σТ) или условном (σ02)).Этот момент (разрушение) следует считать таковым только для элементов первой и второй категорий по трещиностойкости, для которых либо не допускается наличие трещин (первая категория), либо ширина образующихся трещин ограничена нормами (не более 0,4мм для элементов второй категории).Элемент при этом получает значительные деформации. Разрыв арматуры происходит при напряжении равном пределу прочности (σU).
При малых эксцентриситетах (e0≤zs/2) до появления трещин зона действия растягивающих напряжений может охватывать как все сечение, так и его часть. После появления трещины наблюдается ее рост, и она распространяется на все сечение (см. рис.1.43.) Арматура (As и A's) вся попадает в зону растяжения. Разрушение элемента (но не разрыв арматуры) происходит тогда, когда напряжения в арматуре (As) или (Asp) (или одновременно в обеих) достигнет предела текучести (физического или условного).
При больших эксцентриситетах (e0>zs/2) до появления трещин (и после их образования) будет иметь место растянутая и сжатая зоны элемента. Соответственно после образования трещины арматура и бетон вне трещины будут сжаты; в зоне трещины бетон разрушен, а арматура растянута.При разрушении элемента в арматуре растянутой зоны (As) напряжение достигнет предела текучести (σТ или σ02), а напряжение в сжатой зоне бетона достигнет величины (Rb) (расчетного сопротивления сжатию).