Страница 3: СН 511-78. Инструкция по проектированию самонапряженных железобетонных конструкций. (31366)

9. Твердение образцов до достижения прочности бетона 80 – 150 кгс/см2 (но не менее суток) должно происходить в помещении с температурой воздуха 20±2° С, дальнейшее твердение (до 28 суток) – в воде или в обильно влажных опилках, песке и т. п.

Образцы, предназначенные для производственного контроля самонапряжения бетона, должны храниться в условиях, аналогичных условиям твердения бетона в конструкции.

10. Замеры кондукторов производятся ежедневно для бетона в возрасте 1–7 суток и далее в возрасте 10, 14 и 28 суток каждый раз с проверкой измерительного устройства с помощью эталона.

11. Величина самонапряжения образца Rсн, кгс/см2 ,определяется по формуле

(16)

где и – соответственно полная деформация образца в процессе самонапряжения бетона и его длина;

– приведенный коэффициент армирования образца, принимаемый равным 0,01;

Ecт – модуль упругости стали кондуктора, принимаемый равным 2??106 кгс/см2.

Самонапряжение бетона вычисляется как средняя арифметическая по результатам замеров трех образцов-близнецов в кондукторах, отформованных из одной пробы бетона.

ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА

САМОНАПРЯЖЕННЫХ КОНСТРУКЦИЙ

(ПОДГОТОВЛЕНЫ НИИЖБ ГОССТРОЯ СССР)

1. Прямой метод расчета самонапряженных конструкций

Самонапряженные конструкции являются разновидностью предварительно-напряженных железобетонных конструкций. Особенностью самонапряженных конструкций является напряжение всей расположенной в бетоне арматуры независимо от ее направления. Величина напряжений в арматуре и бетоне, возникающих в процессе расширения бетона совместно с заанкеренной в нем арматурой, зависит от ряда технологических (марка НЦ по самонапряжению, расход НЦ в бетоне, водоцементное отношение, условия твердения) и конструктивных факторов (вид конструкции – призма, балка, плита и т.п., количество арматуры, расположение ее в сечении – симметричное, несимметричное, в двух или трех направлениях, дополнительные силовые или упругие связи – примыкание к смежным конструкциям, трение по основанию и т.п.).

Учитывая, что в практике проектирования железобетонные конструкции составляют значительную, если не основную часть, особое значение приобретают практические методы их проектирования и расчета, позволяющие находить оптимальные сечения бетона и арматуры, в том числе при воздействии как эксплуатационных, так и монтажных или других нагрузок, вызывающих в конструкциях внутренние усилия и напряжения другого знака.

Рекомендуемый прямой метод расчета позволит подбирать сечения предварительно-напряженных и самонапряженных конструкций одновременно с учетом этих двух различных воздействий.

Противоположные по знаку напряжения могут возникать в различных участках конструкции и при одном воздействии, например в стенке напорной трубы (в шелыге и боковых участках), в неразрезных покрытиях заводских площадей и полов (под сосредоточенной нагрузкой и на некотором расстоянии) и в других случаях, но армировать такие конструкции нужно постоянно по всей их длине с обеих сторон.

При расчете самонапряженных конструкций прямым методом необходимо руководствоваться следующими положениями.

1. Подбор сечения производится на расчетные внутренние усилия в конструкции М и N и противоположного знака (усилие может иметь тот же знак).

Рис. 1. Основное напряженное состояние конструкции при действии условных внутренних сил и ,

Рис. 2. Различные формы поперечного сечения изгибаемых предварительно-напряженных конструкций, применяемых в промышленном и жилищном строительстве

1-10 – варианты формы сечения ; «св.» и «уш.» – сокращенное обозначение свесов и уширений

Рис. 3. Относительные характеристики и напряженное состояние сечения конструкции в стадии трещинообразования при действии усилий и от эксплуатационной нагрузки и и – от эксплуатационной нагрузки другого знака или от монтажной нагрузки

2. В основу расчета положено основное напряженное состояние конструкции при действии условных внешних сил и ,, создающих в сечении треугольную эпюру напряжений (рис. 1). В этом случае усилия в арматуре известны:

(1)

где обычно при использовании одной марки стали для арматуры и .

3. Любое сложное поперечное сечение элемента рассматривается в обобщенном виде (рис. 2), при этом его прямоугольная часть bh является основой конструкции, принятой за единицу; –отношение расстояний от точек приложения усилий, действующих в уширениях, свесах и арматуре, до низа самонапряженной кoнcтpукции к высоте сечения. Эти характеристики показаны на рис. 3 для общего случая предварительного напряжения, когда в сечении имеется и ненапряженная арматура и . Для самонапряженных конструкций равны нулю.

Для характеристики сопротивления бетонного сечения действию растяжения и изгиба вводятся мультипликаторы ??, ?? рассчитываемой конструкции:

?? = и ?? = (2)

с помощью которых усилия в арматурах и выражаются в относительных величинах и , которые определяются по формуле

и(3)

Аналогично выражаются относительные характеристики усилий, действующих в момент трещинообразования соответственно в свесах, уширениях, а также относительные характеристики и – внешней продольной силы NТ и суммы всех усилий растяжения .

Рассмотрение конструкции в обобщенном виде позволит прямым расчетом получить величины и для нижней и верхней предварительно-напряженных арматур без назначения размеров сечения и прочности материалов конструкции, как это обычно принято делать.

5. Уравнения равновесия сил (знак «плюс» – растяжение) составляются в относительных единицах:

(4)

(5)

здесь (6)

(7)

где А и AI – удельные сопротивления бетонных сечений в обобщенном виде с учетом свесов;

Б и БI – относительные расстояния от места приложения равнодействующей всех сил сжатия от низа конструкции. Величины А, АI, Б, БI принимаются по табл. 1 настоящих примеров. Остальные обозначения приведены в главе СНиП II-21-75 и в настоящей Инструкции.

Таблица 1

Примечания: 1. Коэффициенты АI и БI определяются по данной таблице с заменой на .

2. для сжатой зоны, имеющей свесы, полки и т. п., или для сжатой зоны прямоугольного сечения.

6. Полученные (после подстановки величин известных нагрузок и относительных характеристик сечения) уравнения равновесия решаются в указанной ниже последовательности относительно высоты сечения h с использованием формул (2) совместно с условием равномерного обжатия сечения:

.(8)

Из уравнений (4) и (5):

;

.

где х, у, z – численные значения, полученные подстановкой заданных величин.

Подставив в уравнение (8) значения и , получим общее уравнение

.(9)

Подставив значения и в уравнение, получим

,

решая уравнение, как квадратное относительно h, находим оптимальную высоту изгибаемого сечения, отвечающего оптимальному размещению и величине армирования обеих зон конструкции и заданным нагрузкам

и .

7. По известным относительным усилиям в арматуре с помощью формулы (3) определяется армирование обеих зон конструкции:

;(10)

.(11)

где RaII – расчетное сопротивление арматуры растяжению для предельных состояний второй группы, тс/см2;

– потери напряжений в арматуре, тс/см2;

k – коэффициент (k = 0,65 для проволочной арматуры;

k = 0,9 для стержневой арматуры);

mT – коэффициент точности натяжения, принимаемый mT = 0,9.

Сечение арматуры по этим формулам получается с некоторым запасом, который можно компенсировать, введя коэффициент 0,97. Из выражений (10) и (11) видно, что учет потерь самонапряжения требуется только при назначении сечения арматуры конструкции. Например, при расчете напорных труб резервуаров и различных подземных сооружений потери в формулах (10) и (11) обычно принимаются равными нулю, поскольку самонапряжение в период эксплуатации сооружения в контакте с водой полностью восстанавливается.

8. При проектировании самонапряженных конструкций необходимо учитывать, что напрягающий бетон обладает высокими сопротивлениями растяжению при изгибе Rp.и и осевому растяжению Rp . Так, например, сопротивление напрягающего бетона растяжению при изгибе для бетона марок М 300 – М 800 находится в пределах 60 – 100 кгс/см2. На это указывают многочисленные контрольные испытания растворов и бетонов на НЦ, которые дают в 1,5 – 2 раза более высокое отношение RpII :Rпр по сравнению с нормированной величиной этого отношения для бетонов на портландцементе.

9. Большинство конструкций, для которых в настоящее время может быть применен напрягающий цемент, имеют прямоугольную форму поперечного сечения (стенка трубы и резервуара, полы и покрытия промышленных складов, стенка трубопровода большого диаметра, объемные блоки квартир в жилищном строительстве и т.д.), т. e.: = 0; = 0; = 0; = 0.

В этих случаях расчетные формулы (4) – (7) будут иметь вид:

;(4??)

(5??)

здесь;(6??)

.(7')

10. Проверка напряжений крайних наиболее сжатых волокон бетонного сечения при расчетной нагрузке трещинообразования производится по формулам:

;(12)

,(13)

где и определяются по формулам:

;(14)

.(14')

11. Принятое сечение балки проверяется расчетом по предельным состояниям первой группы (рис. 4) по формуле

,(15)

где ,(16)

или по приближенной зависимости для сечений со свесами:

(16')

Рис. 4. Напряженное состояние обобщенного сечения изгибаемой конструкции при расчете по прочности

Выбранная конструкция должна удовлетворять условию

,(17)

где.

Расчет главных растягивающих и сжимающих напряжений производится при нормативной нагрузке по формулам:

;(18)

;(19)

где – относительная координата центра тяжести,