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

265 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

42433. Соотношение понятий социализации, воспитания и образования. Особенности социализации различных возрастных групп 15.7 KB
  Процесс воспитания – целенаправленный процесс, его цель – накопление ребенком необходимого для жизни в обществе социального опыта, формирование принимаемой обществом системы ценностей и включение детей в мировую и отечественную культуры.
42434. ИЗУЧЕНИЕ СВОБОДНЫХ КОЛЕБАНИЙ ПРУЖИННОГО МАЯТНИКА 482.5 KB
  Рассмотрим простейшую колебательную систему: груз массой m, подвешенный на пружине. Если груз, прикрепленный на пружине, оттянуть вниз на некоторое расстояние, а затем отпустить, то он придет в колебательное движение. Возвращение груза в положение равновесия происходит под действием деформированной пружины, т.е. под действием упругой силы
42435. ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНОВ ДВИЖЕНИЯ ЭЛЕКТРОНА В ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ И МАГНИТНОМ ПОЛЯХ 279.5 KB
  Начальные скорости электронов эмиссии различны. Это сказывается на характере спада анодного тока. Из-за неодинаковости начальных скоростей электронов радиусы кривизны их траекторий при одних и тех же величинах индукции магнитного поля различны. Поэтому резкий спад анодного тока происходит не при одном значении, а в достаточно широком интервале значений магнитной индукции.
42436. ИЗУЧЕНИЕ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ ПРИ ЗАРЯДКЕ И РАЗРЯДКЕ КОНДЕНСАТОРА В ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ «R – C» КОНТУРЕ 559 KB
  Расчёт общего вида зависимости напряжения на конденсаторе от времени 5 2. Ветвью называется участок цепи в котором ток в любой данный момент времени имеет одинаковую величину. Расчёт электрических процессов в любой цепи требует умения вычислять зависимости от времени токов в ветвях и напряжения на элементах входящих в...
42437. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИЗУЧЕНИЕ ЯВЛЕНИЯ ВЗАИМНОЙ ИНДУКЦИИ 272 KB
  Если контур в котором индуцируется ЭДС состоит не изодного витка а из N витков например представляет собойсоленоид то поскольку витки соединяются последовательно будет равна сумме ЭДС индуцированных в каждом витке в отдельности: Величину называют потокосцеплением или полным магнитным потоком. Если поток пронизывающий каждый из витков одинаков то ЭДС индуцируемая в сложном контуре определяется формулой:...
42438. ГИСТЕРЕЗИС ФЕРРОМАГНЕТИКОВ 291.5 KB
  Зависимость намагниченности а также индукции от напряжённости поля нелинейна см. отставание индукции В в веществе от напряжённости Н намагничивающего поля. Если вначале он полностью размагничен то при монотонном увеличении напряжённости Н от нуля изменение индукции В происходит по начальной основной кривой намагничивания ОА см.
42439. Исследование механического движения при скатывании тел по отвесным нитям на установке Максвелла 237.51 KB
  Установка Максвелла представляет собой однородный диск, насаженный на цилиндрический вал, центры масс диска и вала лежат на оси вращения, на диск может насаживаться съёмное кольцо (в дальнейшем будем обозначать это устройство в целом «Диском Максвелла», а входящий в него отдельный элемент «диском».
42440. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛОТНОСТИ ТВЁРДОГО ТЕЛА ПРАВИЛЬНОЙ ГЕОМЕТРИЧЕСКОЙ ФОРМЫ 207 KB
  Для измерения линейных величин пользуются различными приборами. Измерения длины производят также масштабными линейками. Если измерения длины выполняют с точностью до долей миллиметра то пользуются вспомогательной шкалой измерительного прибора нониусом.
42441. Electronics Workbench фирмы Interactive Image Technologies Ltd 517.61 KB
  Моделирующие программы широко используются в процессе проектирования радиоаппаратуры предприятиями, производящими современную электронную технику. Наибольшее распространение в мире получила программа PSpice фирмы MicroSim, ставшая де-факто стандартом профессиональной моделирующей программы для ПЭВМ.