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

303 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

39111. Устойчивое лесопользование 27.73 KB
  Сегодня обстановка быстро меняется и все действующие лица устойчивого лесопользования: компании по переработке древесины государственные учреждения природоохранные и общественные организации все они принимают участие в поиске возможностей по ускорению реформ увеличению инвестиций в лесное дело и развитие общественных институтов благоприятствующих инвестициям и реформам. Если раньше леса ценились прежде всего как источник древесины теперь в них хотят видеть место обитания животных птиц растений источник биоразнообразия; ценятся...
39112. Природные кризисы в истории развития жизни на Земле 278.5 KB
  Важнейшие катастрофы26 Заключение39 Список используемой литературы43 Приложения. При рассмотрении вопроса природных и искусственных катастроф на Земле именно в этом контексте хотелось бы определиться со значимостью изучения этого вопроса для будущего человечества ибо именно катастрофы приводят к самым большим бедствиям и разрушениям имеют огромное влияние на дальнейшее развитие всего живого как и в конкретном регионе так и на всей планете. Часто это...
39113. Ноосферная концепция В.И. Вернадского 52.5 KB
  Осознавая огромную роль и значение человека в жизни и преобразовании планеты русский ученый употреблял понятие ноосфера в разных смыслах: 1.[2] Таким образом понятие ноосфера предстаёт в двух аспектах: 1. Ноосфера в стадии становления развивающаяся стихийно с момента появления человека; 2. Ноосфера развитая сознательно формируемая совместными усилиями людей в интересах всестороннего развития всего человечества и каждого отдельного человека.
39114. Устойчивое развитие и эколого – правовой режим охраны природных ресурсов и объектов 71.5 KB
  Человек всегда использовал окружающую среду в основном как источник ресурсов, однако в течение очень длительного времени его деятельность не оказывала заметного влияния на биосферу. Лишь в конце дошлого столетия изменения биосферы под влиянием хозяйственной деятельности обратили на себя внимание ученых. В первой половине нынешнего века эти изменения нарастали и в настоящее время лавиной обрушились на человеческую цивилизацию
39115. ИССЛЕДОВАНИЕ КОРОННОГО РАЗРЯДА 305.5 KB
  Если к двум электродам между которыми находится газовый промежуток приложить электрическое поле то при определенной разности потенциалов между электродами которую назовем критической и обозначим через U0 возникает коронный разряд. При прочих равных условиях вероятность появления свечения вокруг электрода а следовательно короны тем больше чем меньше радиус кривизны электродов. Свечение возникающее при коронном разряде около электрода связано с элементарными процессами происходящими на границе электрод воздух или в объеме...
39116. ИССЛЕДОВАНИЕ КОРОННОГО РАЗРЯДА. Отрицательный коронный разряд 85 KB
  Кроме того критические потенциалы коронного разряда и искрового пробоя Uп неодинаковы. Возникновение коронного разряда объясняется появлением вблизи коронирующего электрода резкой неоднородности электрического поля значительно превосходящей напряженность электрического поля на других участках воздушного промежутка между электродами. Для возникновения коронного разряда напряженность поля у электрода должна превосходить электрическую прочность воздуха.
39117. ПСИХОФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ПОДХОДЫ И ТЕОРИИ, ОКАЗАВШИЕ ЗНАЧИТЕЛЬНОЕ ВЛИЯНИЕ НА РАЗВИТИЕ ОТЕЧЕСТВЕННОЙ ПСИХОЛОГИИ 102.5 KB
  Основным фактором детерминирующим развитие и функционирование живых организмов а также отдельных физиологических систем в составе организма выступает не прошлое событие а подготовка к еще не наступившим событиям которая обеспечивается прогнозированием результатов предстоящих действий на основе опережающего отражения и механизмами целеполагания. Любой поведенческий акт живого организма обеспечивается рядом системных механизмов и процессов которые организуются в функциональную систему: механизм афферентного синтеза...
39118. АЛЬТЕРНАТИВНЫЕ ОБЩЕПСИХОЛОГИЧЕСКИЕ ТЕОРИИ И ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОДХОДЫ К ОБЪЯСНЕНИЮ ПСИХИЧЕСКИХ ЯВЛЕНИЙ 63.5 KB
  Строгий естественнонаучный подход к анализу и объяснению психических явлений в психологии поведения. В качестве одного из основателей объективной психологии поведения называют российского физиолога И. Вместе с тем это направление имеет множество научных достижений которые составляют золотой фонд мировой психологии: исследована эффективность различных типов подкрепления поощрения и наказания в процессах научения разработано множество тонких методов позволяющих регистрировать различные формы поведения животных установлено...
39119. КУЛЬТУРНО-ИСТОРИЧЕСКИЙ И СИСТЕМНО-ДЕЯТЕЛЬНОСТНЫЙ ПОДХОДЫ К АНАЛИЗУ И ОБЪЯСНЕНИЮ ПСИХИЧЕСКИХ ЯВЛЕНИЙ 172 KB
  Культурное развитие человека представляет собой формирование и развитие в совместной деятельности и общении высших психических функций ВПФ. Источник развития человеческой психики находится во внешней идеальной форме в фиксированных в человеческой культуре средствах и способах деятельности и общения которыми необходимо овладеть. Формирование ВПФ выделяет человека из животного мира и заключается в присвоении культурноисторического опыта человечества что обеспечивает изменение структуры деятельности и психики человека. При этом...