Бетонні та залізобетонні конструкції

Лінійно-пружний розрахунок з обмеженим перерозподілом

При лінійно-пружному розрахунку з обмеженим перерозподілом необхідно враховувати вплив перерозподілу моментів.

Пластичність у критичних перерізах повинна бути достатньою для того, щоб передбачений механізм міг реалізуватися.

Розрахунок з урахуванням пластичних деформацій повинен ґрунтуватись або на методі ниж­ньої границі (статичному), або на методі верхньої границі (кінематичному).

Розрахунок балок, рам і плит з урахуванням пластичних деформацій виконується для граничних станів без здійснення безпосередньої перевірки граничного повороту перерізу за умови, що виконується вимога 5.6.1.

Розрахунок впливів другого порядку при стиску

Загальні положення

Цей підрозділ стосується елементів і конструкцій, характер роботи яких суттєво залежить від впливів другого порядку (наприклад, колони, пілони, стіни, палі, арки та оболонки). Загальні впливи другого порядку можуть проявлятись і у конструкціях із гнучкою в'язевою системою.

Якщо враховуються впливи другого порядку, то рівновагу й опір конструкції потрібно перевіряти у деформованому стані. Деформації потрібно визначати з урахуванням відповідного впливу тріщиноутворення, нелінійних властивостей матеріалів і повзучості.

Примітка. При розрахунку за умов лінійного характеру роботи матеріалів ці впливи можна враховувати шляхом зниження характеристик жорсткості.

У відповідних випадках розрахунок повинен ураховувати вплив гнучкості прилеглих елементів і фундаментів (взаємодія "основа-споруда").

Характер роботи конструкції потрібно розглядати у напрямку, в якому може відбува­тися деформація, а в необхідних випадках слід ураховувати двовісний згин.

Невизначеності у геометрії і розташуванні навантажень стиску потрібно враховувати як додаткові впливи першого порядку на основі геометричних недосконалостей (5.2).

Впливами другого порядку можна знехтувати, якщо вони разом становлять менше ніж 10 % відповідних впливів першого порядку.

Повзучість

Вплив повзучості потрібно враховувати при розрахунку впливів другого порядку з обов'яз­ковим розглядом як загальних умов щодо повзучості (3.1.4), так і тривалості сполучень різних навантажень, що розглядаються.

Методи розрахунку

Методи розрахунку охоплюють загальний метод, що ґрунтується на нелінійному розрахунку другого порядку (5.7.4), і наступні два спрощених методи, що ґрунтуються на номінальній жорст­кості та номінальній кривизні.

Загальний метод

Загальний метод ґрунтується на нелінійному розрахунку включно з геометричною не- лінійністю, тобто впливами другого порядку. Застосовуються загальні правила нелінійного розра­хунку.

Необхідно застосовувати графіки напруження-деформації бетону і арматурної сталі, які придатні для загального розрахунку. Потрібно враховувати вплив повзучості.

Величину граничного навантаження можна отримати безпосередньо із розрахунку на основі використання розрахункових залежностей напруження-деформації для бетону і арматурної сталі, наведених у 3.1.5 (формули (3.4) та (3.5)), рисунках 3.1, 3.6 і у 3.3.6 та рисунка 3.8) та дефор­маційного методу розрахунку.

За відсутності більш точних моделей повзучість може бути врахована шляхом множення всіх величин деформацій за графіком напруження-деформації бетону на коефіцієнт (1 + ср_ej), де ф_еу- розрахунковий коефіцієнт повзучості, який визначається за формулою:

(5.2)

де ф(оо, f₀) - граничний коефіцієнт повзучості (3.1.4);

М₀ Ed ~ згинальний момент від основного сполучення для першої групи граничних станів;

М₀ £qp - згинальний момент від основного сполучення для другої групи граничних станів.

Стійкість із площини гнучких балок

У необхідних випадках потрібно враховувати стійкість гнучких балок із своєї площини, наприклад, для збірних балок при транспортуванні і монтажі, для балок без розкріплення із площини у робочому стані тощо. Також потрібно враховувати геометричні недосконалості.

При перевірці балок у нерозкріпленому стані в якості геометричних недосконалостей необхідно припускати вигин із своєї площини, що дорівнює !/300, де І - загальна довжина балки.

Якщо у робочому стані балка розкріплюється сполученими з нею елементами, то їх можна врахо­вувати при перевірці стійкості з її площини.

Попередньо напружені елементи і конструкції

Загальні положення

У цих Нормах розглядається попереднє напруження, яке прикладене до бетону попе­редньо напруженою арматурою.

Можливість крихкого руйнування елемента внаслідок розриву напруженої арматури повинна бути виключена.

Зусилля попереднього напруження при натягуванні

Максимальні зусилля напруження

Сила, що прикладається до арматури Р_тах (тобто сила, що діє на кінці прикладання розтя­гування), не повинна перевищувати наступної величини:

Ртах ⁼ Ар х С5р' _тах , (5.3)

де Ар - площа перерізу напруженої арматури;

сгр' _тах - максимальні напруження, що виникають у напруженій арматурі,

®р, max ^— тіп (&і х fpp] k2 ^х./ро,Не­примітна. Рекомендуються наступні значення коефіцієнтів: к_{ = 0,8 і к₂ = 0,9.

Обмеження напружень у бетоні у зоні анкерування

Необхідно конструктивними заходами запобігати можливості тріщиноутворення і розколю­вання бетону на кінцях елементів, напружених на упори і на бетой.

Вимірювання

При напруженні на бетон силу попереднього напруження і відповідне видовження арматури потрібно перевіряти вимірюваннями, а фактичні втрати попереднього напруження внаслідок тертя потрібно контролювати.

Зусилля попереднього напруження

У момент часу t і на відстані (або довжині дуги) від напруженого кінця арматури середня сила попереднього напруження Р_т , (х) дорівнює максимальній силі Р_тах, прикладеній до напруженого кінця, мінус миттєві втрати і втрати, що залежать від часу. Абсолютна величина Р_{т t} (х) ураховує всі втрати.

Вплив попереднього напруження на граничний стан за придатністю до експлуатації і граничний стан за втомою

При розрахунку за придатністю до експлуатації та втомою потрібно встановлювати обмеження можливих змін попереднього напруження. Для граничного стану за придатністю до експлуатації визначають дві характеристичних величини сили попереднього напруження за формулами:

Pk, sup ^{= r}supPm, t (^х)> (5-4)

Pk, inf - ^rinf Pm, t (^x) > (5-5)

Д^е Pk, sup - найбільше характеристичне значення;

P^ i„f - найменше характеристичне значення.

Примітка. Рекомендуються наступні величини r_sup і r_mj:

для арматури, напруженої на упори або без зчеплення: r_sup = 1,05 і r_jnj = 0,95;

для арматури, напруженої на бетон або зі зчепленням: r_sup = 1,10 і г_іпр= 0,90;

при здійсненні відповідних вимірювань (наприклад, попереднього натягу): г_шр = г_іпр= 1,0.

Врахування деяких особливостей конструкцій при розрахунку

Плити, що обпираються на колони, класифікуються як плоскі (безбалкові) плити.

Діафрагми жорсткості - це плоскі чарункові елементи або залізобетонні стіни, які забез­печують поперечну стійкість споруди.

Методи обчислень і спрощення

Конструкція повинна бути розрахована і сконструйована так, щоб:

з достатньою ймовірністю залишатися придатною до використання, зважаючи на розрахун­ковий строк експлуатації та вартість;

з прийнятим рівнем надійності сприймати всі навантаження та впливи, які можуть з'явля­тися у процесі експлуатації, та мати відповідну довговічність з урахуванням вартості робіт для її підтримання.

При розрахунку будівель і споруд надійність досягається шляхом використання методу окремих коефіцієнтів надійності. Застосування цього методу гарантує для всіх розрахункових ситуацій недосяжність граничних станів у разі використання у розрахунках (розрахункових моде­лях) розрахункових значень навантажень та впливів, відповідних властивостей матеріалів і геомет­ричних характеристик елементів із заданим рівнем надійності.

Перевірка конструкції щодо відповідності вимогам за двома групами граничних станів містить дві частини:

перша - визначення діючих зусиль та переміщень від навантажень у відповідності з випад­ком, що розглядається, за найбільш несприятливого розташування і за відповідних сполучень навантажень, а також визначення несучої здатності, яка залежить від властивостей матеріалу конструкції;

друга - порівняння розрахункових прогинів або ширини розкриття тріщин із граничними значеннями, встановленими на основі функціональних вимог до конструкцій.

Навантажувальний ефект є сукупністю зосереджених (сконцентрованих) і (або) розпо­ділених зусиль або вимушених деформацій, прикладених до конструкції.

Класифікація навантажень і впливів, їх сполучення та вибір найневигідніших сполучень слід приймати згідно з ДБН В.1.2-2.

Розрахункові постійні навантаження, які збільшують дію змінних навантажень (збігаються за напрямком), тобто викликають несприятливу дію на конструкції, повинні мати верхні значення коефіцієнтів безпеки за навантаженням. У разі, коли постійні навантаження змен­шують ефект змінного навантаження, необхідно використовувати нижні значення коефіцієнтів безпеки за навантаженням. Значення часткових коефіцієнтів надійності урнаведені в ДБН В. 1.2.-2.

Методи розрахунку зусиль за першою та другою групами граничних станів

Метою розрахунку є встановлення несучої здатності, тріщиностійкості, ширини роз­криття тріщин, деформацій та переміщень як конструкції у цілому, так і її частин.

Зусилля, які викликані навантаженнями, найчастіше визначають розрахунком, ґрунтую­чись на тій або іншій ідеалізації конструкції.

Якщо при одному і тому ж сполученні навантажень і впливів можливі різні випадки наван­тажень, то слід розглядати випадок або випадки, найбільш несприятливі для граничного стану розрахункового перерізу, що розглядається.

Розглядають такі варіанти ідеалізації стану матеріалу:

нелінійне деформування;

пружний стан, який ґрунтується на гіпотезі пропорційності зусиль навантаженням;

пружний стан з обмеженою можливістю перерозподілу зусиль.

На вибір випадку розрахунку можуть впливати або його можуть визначати різні обставини: можливі чинники нелінійності (нелінійність фізична, яка залежить від властивостей матеріалів, або геометрична), можливості розрахунку, його вартість у порівнянні з вартістю конструкції.

Для розрахунку, як правило, конструкція може бути ідеалізована шляхом перетворення її у лінійні елементи (балки і колони), у тонкостінні елементи (плити та оболонки) і в особливих випадках - в об'ємні елементи.

Ефекти попереднього напруження

Розрізняють два способи попереднього напруження арматури:

після твердіння бетону (на бетон, який затвердів);

до бетонування (натяг на упори).

У разі натягування арматури на бетон, що затвердів, напружену арматуру (стрижні, дріт або канати) розташовують у каналах із улаштуванням на її кінцях анкерних пристроїв. У супровод­жувальних документах вказують умови, яких необхідно дотримуватися у процесі напруження арматури залежно від способу її натягу.

У разі натягування арматури на упори напружена арматура (стрижні, дріт або канати) знаходиться у безпосередньому контакті з бетоном і анкерування забезпечується силами зчеп­лення.

Сили попереднього напруження, які утворюються способами, відмінними від натягування арматури, у цих Нормах не розглядаються і їх слід визначати як навантаження (постійні або змінні).

Визначаючи вплив дії попереднього напруження, розглядають загальне зусилля та місцеві ефекти, які викликані концентраціями зусиль, такими, наприклад, як зусилля на ділянці анкерування, або там, де попередньо напружені стрижні змінюють свій напрямок.

У разі натягування арматури на бетон масивного елемента вважається, що дія напруже­ної арматури розподіляється рівномірно, починаючи з анкерного пристрою під кутом 2р, при цьому tgP = 2/3.

Для таврової балки (рисунок 5.3) можна допустити, що дія попереднього напруження відбувається:

у стінці балки, починаючи від анкерного пристрою у межах кута 2Р;

якщо розповсюдження напруження у стінці досягає середнього шару полиці, розподілення попереднього напруження у ній приймають під кутом Р у кожен бік від стінки.

Рисунок 5.3 - Розподіл зусилля попереднього напруження

У разі натягування арматури на упори припускають, що напруження у напруженій ар­матурі досягають своєї розрахункової величини на відстані від кінця елемента (рисунок 5.4), що дорівнює найбільш несприятливій із двох величин: 0,8 і 1,2 1^, де Ц - довжина анкерування.

Рисунок 5.4 - Зона анкерування попередньо напруженої арматури, яка натягується на упори

Ефективну довжину анкерування визначають відстанню від кінця напруженої арматури до то­го поперечного перерізу, за межами якого розподіл поздовжніх напружень, викликаних поперед­нім напруженням, можна вважати таким, що відповідає лінійному закону.

Довжину анкерування, необхідну для забезпечення передачі зусиль попереднього напру­ження на бетон у момент звільнення кінців арматурних стрижнів, визначають за відповідними розрахунками або шляхом відповідних випробувань в умовах практичного застосування.

Вплив тривалих процесів у часі

Точність розрахунків, які враховують повзучість та усадку бетону, має співвідноситись із наявністю достовірних даних про зміну властивостей бетону у часі та вплив цих ефектів на гранич­ний стан, що розглядається.

Взагалі ефект повзучості та усадки, як правило, може враховуватись тільки при граничних станах другої групи. За важливістю впливів повзучість та усадка відносяться до групи другорядних ефектів.

Якщо напруження у бетонному перерізі знаходяться на нормальному експлуатаційному рівні, то можуть бути прийняті такі передумови:

повзучість і усадка є незалежними;

передбачається лінійний зв'язок між повзучістю і напруженнями, які викликають повзучість;

нерівномірним розподілом температури або вологості можна знехтувати;

можливе використання принципу суперпозиції для дій у різному віці;

зазначені передумови дійсні як для стиску, так і для розтягу.

Для всіх рівнів напружень у бетонному перерізі вплив повзучості бетону може бути вра­хований шляхом використання діаграм деформування бетону при тривалій дії навантажень.

Повзучість, усадка і релаксація напружень мають бути враховані під час визначення втрат попереднього напруження у часі.

6 ГРАНИЧНІ СТАНИ ЗА НЕСУЧОЮ ЗДАТНІСТЮ (ПЕРША ГРУПА)

Розрахунок залізобетонних елементів за несучою здатністю нормальних перерізів

Несучу здатність залізобетонних елементів на дію згинальних моментів та поздовжніх сил, як правило, визначають за деформаційною методикою.