22388

Сжатые и растянутые элементы. Конструктивные особенности. Расчет прочности центрально И Внецентренно растянутых элементов. Расчет внецентренно сжатых элементов таврового и двутаврового сечений

Лекция

Архитектура, проектирование и строительство

Расчет прочности центрально И Внецентренно растянутых элементов. Расчет внецентренно сжатых элементов таврового и двутаврового сечений. НАПРЯЖЕННОЕ СОСТОЯНИЕ РАСТЯНУТЫХ И СЖАТЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ Сжатые элементы. Конструктивные особенности сжатых элементов К центральносжатым элементам условно относят: промежуточные колонны в зданиях и сооружениях; верхние пояса ферм загруженных по узлам; восходящие раскосы и стойки ферменной решетки.

Русский

2013-08-04

1.23 MB

274 чел.

Лекция №8. Сжатые и растянутые элементы. Конструктивные особенности. Расчет прочности центрально  И Внецентренно растянутых элементов. Расчет внецентренно сжатых элементов таврового и двутаврового сечений. НАПРЯЖЕННОЕ СОСТОЯНИЕ РАСТЯНУТЫХ И СЖАТЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

Сжатые элементы. Конструктивные особенности сжатых элементов

К центрально-сжатым элементам условно относят: промежуточные колонны в зданиях и сооружениях; верхние пояса ферм, загруженных по узлам; восходящие раскосы и стойки ферменной решетки.Обычно центральное сжатие в чистом виде не наблюдается, а происходит внецентренное сжатие с так называемыми случайными эксцентриситетами.

По форме поперечного сечения сжатые элементы со случайным    эксцентриситетом    выполняют   чаще всего квадратными или прямоугольными, реже круглыми, многогранными, двутавровыми. Размеры поперечного сечения   колонн   определяют   расчетом. В целях   стандартизации   опалубки   и   арматурных   каркасов   размеры прямоугольных    колонн    назначают    кратными 50 мм.

В условиях внецентренного сжатия находятся колонны одноэтажных производственных зданий, загруженные давлением от кранов, верхние пояса безраскосных ферм, стены прямоугольных в плане подземных   резервуаров,   воспринимающие   боковое   давление грунта или жидкости и вертикальное давление от покрытия  (рис. 8.1). В них действуют сжимающие силы N и изгибающие моменты М поперечные силы Q.

Рисунок 8.1 – Внецентренно сжатые элементы

а – колонна производственного здания; б – верхний пояс безраскосой фермы;

в – стена подземного резервуара; F – нагрузка от покрытия; D–давление от крана.

Расстояние между направлением сжимающей силы и продольной осью элемента ео называется эксцентриситетом. В общем случае в любом месте элемента статически определимых конструкций значение эксцентриситета определяют по выражению

    (8.1)

где - случайный эксцентриситет.

Растянутые элементы. Конструктивные особенности

В условиях центрального (осевого) растяжения находятся затяжки арок, нижние пояса и нисходящие раскосы ферм, стенки круглых в плане резервуаров для жидкостей и некоторые другие конструктивные элементы (рисунок 8.2).

Центрально-растянутые элементы проектируют, как правило, предварительно напряженными, что существенно повышает сопротивление образованию трещин в бетоне.

Стержневую рабочую арматуру, применяемую без предварительного напряжения, соединяют по длине обычно сваркой, стыки внахлестку без сварки допускаются только в плитных и стеновых конструкциях.

Рисунок   8.2 - Центрально-растянутые элементы

1 — затяжка  арки;  2 — нисходящие раскосы фермы; 3 — нижний пояс фермы; 4 — стенка  круглого  в  плане резервуара.

Рисунок 8.3 - Армирование центрально-растянутых    предварительно напряженных стержневых элементов

а — при натяжении на упоры; б — то же на бетон; 1 — напрягаемая арматура (стержни, проволочные пучки, арматурные канаты); 2 — ненапрягаемая арматура; 3 — канал для напрягаемой арматуры; 4 — стержни поперечной арматуры.

Рисунок 8.4 - Внецентренно растянутые элементы

а — стенка  резервуара   (бункера);   б — нижний  пояс  безраскосной  фермы.

Растянутая предварительно напрягаемая арматура (стержни, проволочные пучки, арматурные канаты) в линейных элементах (затяжки арок, нижние пояса ферм) не должна иметь стыков. В поперечном сечении элемента предварительно напрягаемую арматуру размещают симметрично (рисунок 8.3) с тем, чтобы при передаче обжимающего усилия (сразу полностью или постепенно,обжимая сечение усилиями отдельных групп стержней) по возможности избежать внецентренного обжатия элемента.

При натяжении на бетон предварительно напряженная 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 (рисунок8.3, б). Ее располагают ближе к наружным поверхностям, чтобы она давала больший эффект в усилении элемента против возможных внецентренных 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 некоторые другие элементы конструкций (рисунок 8.4). Такие элементы одновременно растягиваются продольной силой N и изгибаются моментом М, что равносильно внецентренному растяжению усилием N с эксцентриситетом eo=M/N относительно продольной оси элемента.

Различают положение, когда внешняя продольная растягивающая сила N приложена между равнодействующими усилий в арматуре S и S' (ближе к усилению N и далее от него), и положение,когда сила приложена за пределами расстояния между равнодействующими усилий в арматуре S и S'.

Внецентренно растянутые элементы армируют продольными и поперечными стержнями аналогично армированию изгибаемых элементов, а при положении N в пределах сечения — аналогично армированию центрально-растянутых элементов. Внецентренно растянутые элементы, как и центрально-растянутые, обычно подвергают предварительному напряжению, что значительно повышает их трещиностойкость.

Во внецентренно растянутых элементах содержание продольной арматуры µ≥0,05%; это относится к арматуре S, а при положении N в пределах сечения — и к арматуре S и S'.

Конструкция стыков сборных растянутых элементов,через которые передаются растягивающие усилия, предусматривает сварку выпусков арматуры или стальных закладных деталей, а также арматурных изделий, перекрытие стыка арматурой (пучки, канаты, стержни), размещаемой в каналах или пазах и натягиваемой на бетон.

Для растянутых элементов эффективно применение высокопрочной предварительно напряженной арматуры. При конструировании растянутых элементов особое внимание должно быть обращено на концевые участки, на которых должна быть обеспечена надежная передача усилий, а также на стыкование арматуры. Стыки арматуры выполняются, как правило, сварными.

Расчет центрально-растянутых элементов

При расчете на прочность центрально-растянутых железобетонных элементов (рис. 8.5) учитывается, что в бетоне появляются нормальные к продольной оси трещины, и все усилие воспринимается продольной арматурой.

Рисунок 8.5. - Предварительно напряженный железобетонный элемент

при центральном растяжении

Условие прочности предварительно напряженного элемента имеет вид

,     (8.2)

где  Asp – площадь поперечного сечения преднапряжённой арматуры;

As,tot – площадь поперечного сечения обычной арматуры;

η– коэффициент, учитывающий увеличения расчетного сопротивления предварительно напряженной арматуры (η=1,2 – для арматуры класса A-IV; η=1,15 – для A-V, В-II; Вр-II, К-7, К-19; η=1,10 для арматуры классов A-VIAt-VII).

Расчет внецентренно растянутых элементов при малых эксцентриситетах

e0

Если сила N не выходит за границы, очерченные арматурой As и , с появлением трещины, бетон полностью выключается из работы, и продольное усилие воспринимает арматурой As и (рис. 8.6).

e

e'

N

Рисунок 8.6. - Растянутый элемент при малых эксцентриситетах

Условия прочности элемента имеют вид

,    (8.3)

,    (8.4)

где е и е’ – расстояния от силы N до центра тяжести арматуры Asи .Площади поперечного сечения арматуры составят

,     (8.5)

.     (8.6)

Расчет внецентренно растянутых элементов при больших эксцентриситетах

Рисунок 8.7. - Растянутый элемент при больших эксцентриситетах

Если сила N выходит за пределы арматуры AS,то в элементе появляется сжатая зона бетона (рис. 8.7). Для элемента прямоугольного сечения условия прочности имеют вид

,  (8.7)

.    (8.8)

При использовании относительных величин ξ = x/hoи условия прочности преобразуются к виду  

,   (8.9)

   (8.10)

Условия прочности внецентренно сжатых элементов

прямоугольного  профиля

При больших эксцентриситетах (), когда соблюдается условие ξ=x/h0<ξr, (рис. 8.8) условия прочности нормальных сечений имеют вид

, ,         (8.11)

, .           (8.12)

Иногда используется условие:

, . (8.13)

Подставляя в уравнение (8.12) значение относительной высоты сжатой зоны бетона , а в неравенство (8.11) значение относительного момента , получают

,           (8.14)

.           (8.15)

При симметричном армировании AS=и при Rs=Rscуравнение (8.12) преобразуется к виду

,    (8.16)

а уравнение (8.15) к виду

  .    (8.17)

При малых эксцентриситетах (ξ>ξR) напряжение в арматуре As из сталей классов A-I...А-III и бетонов классов не выше В30 может быть определено по формуле

.    (8.18)

Для элементов, изготовленных из более прочного бетона и армированных предварительно напряженной арматурой, напряжение в арматуре определяется по формуле

,    (8.19)

где σsc,u =500 МПа при γb2= 0,9 и σsc,u =400 МПа при уb2;напряжение в предварительно напряженной арматуре при напряжениях в бетоне равных нулю.

Рисунок 8.8.  - Усилия во внецентренно сжатом элементе при больших

эксцентриситетах

Для элементов прямоугольного профиля площади сжатой и растянутой арматуры, соответствующие минимальному их суммарному расходу, определяются по следующим формулам:

для элементов из бетона класса В30 и ниже

, ; (8.20)

для элементов из бетона класса выше В30

,,   (8.21)

где .

Условия прочности внецентренно сжатых элементов

таврового и двутаврого профиля

При расчете элементов таврового и двутаврогопрофиля могут встретиться два случая расположения нейтральной оси (рисунок 8.9): нейтральная ось располагается в полке и нейтральная ось пересекает ребро. При известном армировании положение нейтральной оси определяется при сравнении силы N с усилием, воспринимаемом полкой.

Рисунок 8.9. -  Тавровые сечения

Если выполняется условие: Nто нейтральная ось располагается в полке. В этом случае расчет таврового или двутаврового сечения выполняется, как для элемента прямоугольного профиля шириной и высотой h.

Ширина полки, вводимая в расчет при свободных свесах полки, принимается:

при   bf=b+12hf

при 0,050,1  bf=b + 6hfi

при hf<0,05  bf =b.

Если нейтральная ось пересекает ребро и , то условия прочности имеют вид

(8.22)

.         (8.23)

При в уравнении (8.23) вместо значения подставляется , где sопределяется по приведенным выше формулам.

Следует отметить, что расчет элементов таврового и двутаврового профиля на прочность весьма трудоемок. Сравнительно просто решается  задача проверки прочности нормальных сечений при известном армировании и значительно сложнее – расчёт продольной арматуры, особенно при действии нескольких загружений с моментами разных знаков.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

63387. Учебно-методическое обеспечение курсов информатики. Средства обучения. Кабинет информатики и информационных технологий 59.5 KB
  Рекомендуется, чтобы окна кабинета выходили на северную или северо-восточную сторону горизонта. В противном случае окна необходимо оборудовать устройствами жалюзи светлого цвета для защиты экранов мониторов от прямых солнечных лучей.
63388. ОБСЛЕДОВАНИЕ И ИЗУЧЕНИЕ ИНФОРМАЦИОННЫХ ПОТРЕБНОСТЕЙ ПОЛЬЗОВАТЕЛЕЙ 461 KB
  Выявление факторов способствующих и препятствующих достижению цели Изучение информационных потребностей Анализ запросов пользователей оценка использования информации Определение необходимой информации для различных видов деятельности...
63389. Возникновение экономической мысли. Древний мир. Экономические идеи на Древнем Востоке 100 KB
  Распространение практики наемного труда устанавливались предельные сроки найма и размер денежного вознаграждения за труд. Обосновывается общественное разделение труда что считается основой деления общества на касты.
63390. Понятие популяции. Статические характеристики популяции: численность (плотность) и биомасса популяции, возрастной и половой состав. Пространственное размещение и его характер. Динамические характеристика популяции. Кривые выживания 59 KB
  Виды заселяют эти «островки» своими популяциями. Конечно, биологический вид не похож на сеятеля, засевающего природные участки группами своих особей: просто виды распространены не равномерно...
63391. Частотное объединение и разделение каналов 308.01 KB
  Формирование группового тракта системы с ЧРК При частотном разделении каналов для передачи данных различных источников сообщений используются определенные поддиапазоны частот.
63392. Экономика как система общественных отношений. Типы экономических систем, способы классификации, сущность, значение в развитии общественного хозяйства 63 KB
  Правоотношения собственности. Теория прав собственности. Экономико-правовые и организационно-экономические отношения собственности. Отношения собственности в системе экономических отношений.
63394. Учение и биосфере и биосферно-ноосферная концепция В.И. Вернадского. Формирование концепции биосферы. Концепция живого вещества. Концепция антропогенного воздействия как мощного геологического и геохимического фактора 205.5 KB
  Первоначально под всеми этими терминами подразумевалась только совокупность живых организмов, обитающих на нашей планете, хотя иногда и указывалась их связь с географическими, геологическими и космическими процессами, но при этом скорее обращалось внимание на зависимость живой природы от сил и веществ неорганической природы.
63395. Оптическое мультиплексирование с разделением по длине волны 525.15 KB
  Различия между ними не сводятся к тому, что в OFDM-системах используются оптические, а не электрические сигналы. При обычном частотном мультиплексировании применяется механизм амплитудной модуляции с одной боковой...