Бетонні та залізобетонні конструкції

Зусилля та деформації у перерізі, нормальному до поздовжньої осі елемента, визначають виходячи з таких передумов:

за розрахунковий приймається усереднений переріз, що відповідає середнім деформаціям бетону та арматури по довжині блока між тріщинами, якщо такі є;

деформації у звичайній арматурі або попередньо напруженій арматурі однакові з оточуючим 'їх бетоном, як при розтягу, так і при стиску;

для розрахункового перерізу вважається справедливою гіпотеза про лінійний розподіл деформацій по його висоті;

зв'язок між напруженнями та деформаціями стиснутого бетону приймається у вигляді діаграм, які показані на рисунках 3.1 та 3.2;

зв'язок між напруженнями та деформаціями в арматурі приймається у вигляді діаграм, які наведені на рисунках 3.5, 3.6 та 3.7. При цьому:

а) для обох видів (звичайної та попередньо напруженої) арматури при є₅ > є_5Ц а₅ = 0 (вважаєть­ся, що стався розрив арматури);

б) при визначенні напружень у попередньо напруженій арматурі враховуються її початкові деформації;

в) роботу бетону розтягнутої зони допускається не враховувати, приймаючи при є_с,- < 0 напру­ження a_Cj - 0; для конструкцій, у яких не допускається утворення тріщин, розрахунок опору виконують з урахуванням того, що деформації бетону найбільш розтягнутого волокна не повинні перевищувати z_ctu = -2f_ctm / E_ck.

За критерій вичерпання несучої здатності перерізу приймається:

втрата рівноваги між внутрішніми та зовнішніми зусиллями (досягнення максимуму на діаграмах момент-кривизна (прогин) або стискальна сила - прогин) - екстремальний критерій;

руйнування стиснутого бетону при досягненні фібровими деформаціями граничних значень е_сиП>г_си3 (3.1.5 та 3.1.7) або розрив усіх розтягнутих стрижнів арматури внаслідок досягнення в них граничних деформацій г_исі (рисунки 3.5, 3.6 та-3.7).

Розрахунок виконується за деформаційною методикою, сутність якої полягає у тому, що врахо­вується приріст не зусиль (дій), а деформацій у перерізі.

Приймається таке правило знаків: для стиску як бетону, так і арматури знак додатний, для розтягу - від'ємний.

Розраховуючи позацентрово стиснуті і стиснуто-зігнуті елементи, слід ураховувати вплив прогину та недосконалостей у геометрії конструкцій до початку їх навантаження.

Розрахунок залізобетонних елементів за несучою здатністю похилих перерізів

Загальні положення

Розрахунок несучої здатності похилих перерізів залізобетонних елементів виконують на основі загальної деформаційної моделі відповідно до 2.2.1.7.

Опір похилого перерізу залізобетонного елемента на сумісну дію згинального моменту та поперечної сили слід визначати з використанням рівнянь рівноваги, сумісності деформацій та діаграми деформування бетону з урахуванням плоского напруженого стану.

При розрахунку залізобетонного елемента на вплив згинального моменту, повздовжньої та поперечної сил слід використовувати діаграми деформування арматури з урахуванням його поздовжньо-поперечного згину.

При визначенні несучої здатності похилого перерізу залізобетонного елемента на сумісну дію згинального моменту та поперечної сили слід використовувати залежності, які пов'я­зують напруження та переміщення у перерізі, що проходить через похилу тріщину.

При розрахунку опору поперечних перерізів на основі використання діаграм деформу­вання бетону, наведениху 3.1.5-3.1.8, і деформаційної методики розрахунку за критерій вичерпан­ня несучої здатності поперечного перерізу приймається, якщо деформації стиснутого бетону в перерізі над похилою тріщиною в напрямку головних стискальних напружень досягають гранич­них значень.

Для перевірки опору похилих перерізів застосовуються наступні познаки:

V_Rd, с ~ розрахункове значення поперечної сили, яку може сприйняти похилий переріз без поперечного армування;

V_Rd, s ~ розрахункове значення поперечної сили, яку може сприйняти поперечна арматура на границі текучості;

VRd, шах “ розрахункове значення максимальної поперечної сили, яку може сприйняти елемент, обмежене руйнуванням умовних стиснутих елементів.

%

Для елементів з похилими поясами додатково застосовуються наступні познаки (рисунок 6.1):

V_ccd ~ розрахункове значення компонента зсуву зусилля стиску за наявності похилих стиснутих поясів;

V_td - розрахункове значення компонента зсуву зусилля у розтягнутій арматурі за наявності похилих розтягнутих поясів.

Опір похилих перерізів елемента з поперечним армуванням визначається як:

^VR_d=V_Rd,s+^Vcc_d+V_td- (6-1)

Рисунок 6.1 - Компоненти зсуву для елементів з похилими поясами

На ділянках елемента, де У_Ед < V_Rd, _с> немає потреби розраховувати поперечне арму­вання. V_Ed - розрахункове значення поперечної сили у перерізі від дії зовнішнього навантаження і попереднього напруження.

У випадку, коли на основі розрахунку за поперечною силою не вимагається поперечна арматура, мінімальне поперечне армування все одно повинно встановлюватись. Мінімальне попе­речне армування може не встановлюватись у елементах, таких як плити (суцільні, ребристі або пустотні), де можливий перерозподіл поперечних навантажень.

Мінімальна величина відсотка поперечного армування p_wmin може бути визначена за фор­мулою:

Pvvm.n =(°>⁰⁸л/ЛГ)^//^ • (6-2)

На ділянках конструкції, де V_Ed > Ум, _с, необхідно встановлювати відповідне поперечне армування, що визначається розрахунком, для виконання умови V_Ed ^ Ум, с■

Крутіння

Загальні положення

Якщо статична рівновага конструкції залежить від опору крутінню елементів конструкції, то необхідно виконувати повний розрахунок на крутіння, що охоплює граничні стани першої і другої груп.

Продавлювання

Загальні положення

Цей розділ доповнює правила, наведені у 6.2, і стосується зрізу при продавлюванні у плитах суцільного перерізу, кесонного типу з цільними зонами над колонами та фундаментах.

Зріз при продавлюванні може виникати від зосередженого навантаження або реакції, що діє на відносно малу площу, яка називається площею навантаження А;_оя^ плити або фунда­менту.

Відповідна розрахункова модель для перевірки руйнування при продавлюванні за гра­ничним станом першої групи показана на рисунку 6.2.

h

В

базовий контрольний переріз;

основна контрольна площа;

6 = arctan(l/2)=26,6°

І С j - основний контрольний периметр И]\

І р) І - площа навантаження,

Рисунок 6.2 - Розрахункова модель для перевірки плити на зріз при продавлюванні у граничному стані

Tcont - радіус наступного

контрольного периметра

Методика розрахунку на зріз при продавлюванні ґрунтується на відповідних перевірках уздовж грані колони та по основному контрольному периметру щ. Якщо поперечне армування необ­хідне, то потрібно визначити наступний периметр u_{out> е}р на якому подальше поперечне армування не обов'язкове. У контрольних перерізах визначаються наступні розрахункові напруження зрізу:

V_Rd с - розрахункова величина опору на зріз при продавлюванні плит без поперечного арму­вання у контрольному перерізі, що розглядається;

V_Rd_{t cs} - розрахункова величина опору на зріз при продавлюванні плит із поперечним армуван­ням у контрольному перерізі, що розглядається;

V_Rd_{t max} - розрахункова величина максимального опору на зріз при продавлюванні у контроль­ному перерізі, що розглядається.

Необхідно виконувати наступні перевірки:

по периметру колон або периметру площі навантаження, максимальна поперечна сила V_Ed при продавлюванні не повинна перевищувати V_Ed < V_Rd_{y max};

поперечне армування на дію поперечної сили не є необхідним, якщо V_Ed < V_Rd, с-

Розрахунок із використанням стиснуто-розтягнутих моделей

Загальні положення

Стиснуто-розтягнуті моделі можуть застосовуватися у випадках, коли існує нелінійний розпо­діл деформацій (наприклад, у зонах обпирання, поблизу зосереджених навантажень або плоского напруженого стану).

Вузли

Правила для вузлів також застосовуються до зон, де зосереджені сили передаються на елемент, і які не розраховуються за методом стиснуто-розтягнутих елементів.

Зусилля, що діють у вузлах, повинні бути врівноважені. Поперечні зусилля розтягу, перпендикулярні до площини вузла, повинні враховуватися.

Місцева дія навантаження

При розрахунку на місцеву дію навантаження потрібно враховувати наявність тріщин і поперечні зусилля розтягу.

Втома

Умови перевірки

Опір конструкції на втому потрібно перевіряти у спеціальних випадках. Така перевірка повинна виконуватися окремо для бетону і арматурної сталі.

Перевірку на втому потрібно виконувати для конструкцій і конструктивних елементів, на які діє регулярне циклічне навантаження (наприклад, підкранові балки тощо). При цьому, необхідно перевірити на можливу втому від малоциклових (2-1000 циклів) навантажень високого рівня.

Визначення внутрішніх зусиль і напружень при перевірці втоми конструкцій

Визначення напружень повинно ґрунтуватися на припущенні появи тріщин у попереч­них перерізах та нехтуванні роботою бетону на розтяг, але забезпеченні сумісності деформацій.

Потрібно враховувати вплив різного характеру роботи зчеплення попередньо напруже­ної і звичайної арматури з бетоном шляхом збільшення діапазону напружень в арматурі, визначе­ного з припущенням повного зчеплення через коефіцієнт г|, визначений за формулою:

А ₅ + А _л

11 = р== > (6-3)

де A_s - площа арматури;

Ар - площа попередньо напруженої арматури; ф₅ - найбільший діаметр арматури;

фр - діаметр або еквівалентний діаметр напруженої арматури; фр =1,6для пучків,

ф р =1,75ф_и,_іге для окремих семидротових канатів, де ф_м-_ге - діаметр дроту;

ф р =1,2ф_и,_іге для окремих тридротових канатів;

- співвідношення між міцністю зчеплення у бетоні напружених пучків і сталі періодичного профілю. Значення £, є предметом відповідного нормативного документа. За відсут­ності такого документа можуть бути використані величини, наведені у таблиці 6.1.

Таблиця 6.1 - Показник відношення міцності зчеплення В, пучків і стрижнів періодичного профілю

Попередньо напружена арматура

Натягування на упори

Зчеплення при натягуванні на бетон

< С50/60

Гладкі стрижні і дроти

Не застосовується

0,3

Канати

0,6

0,5

Дріт періодичного профілю

0,7

0,6

Стрижні періодичного профілю

0,8

0,7

Примітка. Для проміжних значень між < С60 можна застосовувати інтерполяцію.

Якщо попередньо напружена або звичайна арматура зазнає впливу циклічних наван­тажень, то визначені напруження не повинні перевищувати розрахункової міцності арматури на границі текучості.

Рівень напружень, який допускається у зварених стрижнях, не повинен перевищувати рівня напружень для прямих і зігнутих стрижнів.

Розрахунок залізобетонних елементів за несучою здатністю просторових перерізів

Розрахунок несучої здатності просторових перерізів залізобетонних елементів, як прави­ло, виконують на основі використання діаграм деформування бетону і арматури та деформаційної моделі згідно з 2.2.

Розраховуючи залізобетонні елементи за міцністю просторових перерізів, необхідно роз­глянути всі можливі положення просторової тріщини та стиснутої зони над нею по відношенню до граней елемента. Крім того, слід виконувати розрахунок за несучою здатністю залізобетонного елемента, виходячи з рівнянь рівноваги у просторовому перерізі (поперечних і поздовжніх сил, згинальних та крутних моментів), а також умов деформування конструкції або її частин, розділе­них просторовими перерізами.

За критерій вичерпання опору просторового перерізу приймається досягнення в най­більш напруженому блоці бетону граничних деформацій г_си.

7 ГРАНИЧНІ СТАНИ ЗА ПРИДАТНІСТЮ ДО ЕКСПЛУАТАЦІЇ (ДРУГА ГРУПА)

Загальні положення

Цей розділ охоплює граничні стани за придатністю до експлуатації (граничні стани другої групи) і ґрунтується на:

обмеженні рівня напружень (див. 7.2);

контролі тріщиноутворення та ширини розкриття тріщин (див. 7.3);

контролі прогинів (див. 7.4).

Обмеження рівня напружень

Напруження стиску у бетоні повинні обмежуватися для запобігання утворенню поздовж­ніх тріщин, мікротріщин або високого рівня повзучості, якщо вони можуть суттєво вплинути на працездатність конструкції.

Напруження розтягу в арматурі повинні обмежуватись для запобігання недопустимим тріщинам або деформаціям. .

Обмеження розкриття тріщин

Загальні передумови

Утворення тріщин потрібно обмежувати до рівня, за якого вони не впливають на належне функціонування конструкції.

Мінімальне армування

Для забезпечення необхідного контролю за тріщиноутворенням потрібно закласти мінімальну кіїїькість арматури, яка має зчеплення з бетоном, для запобігання розкриттю тріщин у зонах, де за розрахунком очікується розтяг. Необхідну кількість арматури можна визначити за умови рівно­ваги між зусиллям розтягу у бетоні безпосередньо перед утворенням тріщин і зусиллям розтягу у арматурі на границі текучості або нижчих напруженнях, якщо необхідно обмежити ширину роз­криття тріщин.

Розрахунок залізобетонних елементів за утворенням тріщин

Розрахунок залізобетонних елементів за утворенням нормальних та похилих тріщин виконують за граничними зусиллями або за нелінійною деформаційною моделлю.

Розрахунок за утворенням тріщин залізобетонних елементів за граничними зусиллями виконують за умови (7.1), згідно з якою зусилля S від зовнішніх навантажень та дій у перерізі, що розглядається, не повинно перевищувати граничного зусилля S_{Wj u}/_t, яке може сприйняти залізо­бетонний елемент перед утворенням тріщин:

S<S_WtUit. (7.1)

Граничне зусилля, яке сприймає залізобетонний елемент у разі утворення нормальних тріщин, слід визначати, виходячи із розрахунку цього елемента як суцільного тіла з урахуванням пружних деформацій у арматурі та непружних деформацій у розтягнутому і стиснутому бетоні при досягненні деформацій розтягу граничних значень z_ctu = -2f_ctm / Еф