Схема армирования железобетонной колонны

Слева: схема армирования сжатых элементов: 1) продольные стержни; 2) поперечные;

Справа: армирование сжатых элементов со случайными эксцентриситетами

Арматура сжатых элементов состоит из продольных и поперечных стержней (хомутов), расположенных, как правило, на равных расстояниях друг от друга. Продольная арматура ставится по расчету и воспринимает часть нагрузки, действующей на элемент. Хомуты, в основном, предназначены для обеспечения проектного положения арматуры и для предотвращения выпучивания продольных стержней при действии внешней нагрузки. Кроме того, хомуты препятствуют развитию поперечных деформаций элемента, тем самым не сколько повышая сопротивляемость бетона сжатию.

Колонны сечением 400х400 мм можно армировать четырьмя стержнями. Если плоские каркасы противоположных граней колонны имеют промежуточные продольные стержни, то последние по крайней мере через один и не реже чем через 400 мм связывают между собой с помощью шпилек. Шпильки не ставят при ширине грани колонны 500 мм, если число стержней у этой грани не превышает 4.

Поперечные стержни (хомуты) должны располагаться на расстояниях не более 15d в вязаных каркасах и 20d в сварных (d - наименьший диаметр продольных сжатых стержней). Расстояние между поперечными стержнями (хомутами) во всех случаях не должно превышать 500 мм. Расстояние между хомутами в пределах стыка сжатой арматурs внахлестку без сварки должно быть не более 10d.

Диаметр поперечных стержней (хомутов) устанавливают без расчета и в вязаных каркасах принимают равным не менее 5 мм, а также не менее 0,2d при хомутах из обыкновенной проволоки класса В-I диаметром 5 мм или из стали класса А-III и 0,25 d при хомутах из стали других видов (d - наименьший диаметр продольных сжатых стержней).

В сварных каркасах минимальный диаметр поперечных стержней принимают из условия сварки.

Для элементов с круглым или многоугольным поперечным сечением получило распространение косвенное армирование в виде спиралей или сварных колец. Для элементов с прямоугольным сечением применяют объемное косвенное армирование в виде часто размещенных поперечных сварных сеток. Косвенное армирование в виде поперечных сеток широко применяют для местного усиления железобетонных сборных колонн вблизи стыков а также в зоне анкеровки предварительно напрягаемой арматуры.

Спирали и кольца, подобно обойме, сдерживают поперечные деформации бетона, возникающие при продольном сжатии, и тем обусловливают повышенное сопротивление бетона продольному сжатию, в том числе и после появления в нем первых продольных трещин.

Косвенное армирование целесообразно по расчету, если несущая способность элемента, определяемая по формулам, выше его несущей способности, определяемой по полному сечению элемента и значению расчетного сопротивления бетона Rb без учета косвенной арматуры.

В случае колонн, проходящих насквозь через несколько этажей, по крайней мере, угловые продольные стержни должны быть пропущены через перекрытие в качестве соединительной арматуры с вышележащей колонной. Необходимые для этой цели стержни должны быть отогнуты.

9. Расчет образования трещин в центрально растянутых преднапряженных элементах.

При проектировании железобетонных конструкций надо обеспечить не только их прочность (первая группа предельных состояний), но и необходимую трещиностойкость и жесткость (вторая группа предельных состояний).

Под трещиностойкостью железобетонных конструкций понимают их сопротивление образованию и раскрытию трещин.

Расчет по 1-й категории требований к трещиностойкости производят для расчетных нагрузок с коэффициентом надежности по нагрузке (как при расчете на прочность), расчет конструкций 2-й и 3-й категорий требований к трещиностойкости ведут на действие расчетных нагрузок по 2-й группе п.с. с коэффициентом (численно равных нормативным нагрузкам).

По 1-й категории рассчитывают предварительно напряженные конструкции, находящиеся под давлением жидкостей или газов (резервуары, напорные трубы), а также эксплуатируемые ниже уровня грунтовых вод при полностью растянутом сечении. Другие предварительно напряженные элементы в зависимости от условий работы конструкции и вида арматуры должны отвечать требованиям 2-й или 3-й категории. Все конструкции без предварительного напряжения должны отвечать требованиям 3-й категории.

1.1. Расчет по образованию нормальных трещин

В основу расчета положена стадия Iа напряженно-деформированного состояния железобетонного элемента.

Предпосылки расчета:

- Считается справедливой гипотеза плоских сечений;

- Напряжения в бетоне растянутой зоны распределены равномерно и равны величине ; эпюра напряжений в бетоне растянутой зоне может быть заменена прямоугольной;

- Наибольшее относительное удлинение крайнего растянутого волокна принимают равной предельной растяжимости бетона

;

(2)

- Эпюра напряжений в сжатой зоне остается треугольной, если отсутствуют неупругие деформации (должно соблюдаться условие (8.7, Кудзис));

- Напряжения в напрягаемой арматуре в момент образования трещин определяются как сумма значений предварительного напряжения (с учетом потерь и коэффициента точности натяжения) и приращения напряжения за счет деформаций растянутого бетона после погашения его обжатия:

;

(3)

- Напряжения в ненапрягаемой арматуре предварительно напряженных железобетонных конструкций равны сумме значений сжимающего напряжения от усадки и ползучести бетона и приращения растягивающего напряжения за счет деформаций растянутого бетона

.

(4)

Центрально-растянутые элементы

Трещины не образуются, если выполняется условие

,

(5)

где - усилие от внешней нагрузки;

- усилие трещинообразования, т.е. усилие, воспринимаемое сечением при образовании трещин.

- В предварительно напряженных элементах:

,

(7)

где Р- усилие предварительного обжатия.

Величина может быть снижена на 20-30% для учета влияния слу­чайного эксцентриситета.

В условиях растяжения работают нижние пояса ферм и элементы решетки, затяжки арок, стенки круглых и прямоугольных резервуаров и др.

Для растянутых элементов эффективно применение высокопрочной предварительно напряженной арматуры. В целях ограничения ширины раскрытия трещин целесообразно применять меньшие диаметры при большем количестве стержней.

При центральном растяжении до появления трещин большая часть усилия N воспринимается бетоном и меньшая – продольной арматурой. Напряжения в арматуре перед появлением трещины в бетоне

s_s = e_btuE_s» 15 × 10^-5× 20 ×10⁴ = 30 МПа.

После появления трещины все усилия в сечении с трещиной воспринимаются арматурой, в результате чего напряжения в ней резко увеличиваются.

Прочность центрально-растянутого элемента будет обеспечена при выполнении условия

N £hR_s×A_sp +R_s×A_s,tot

где h - коэффициент, учитывающий увеличения расчетного сопротивления предварительно напряженной арматуры.

Характер разрушения внецентренно растянутых элементов зависит от величины эксцентриситета. При этом возможны два случая.

Случай 1 – внешняя продольная сила приложена между равнодействующими усилий в арматуре (малые эксцентриситеты).

Условия прочности получают, составив уравнения равновесия моментов (относительно центров тяжести арматуры):

N ×e £R_s×A_s’×(h₀ – a’);

N ×e’ £R_s×A_s×(h₀ – a’)

Случай 2 – внешняя продольная сила находится за пределами расстояния между равнодействующими усилий в арматуре (большие эксцентриситеты).

Условия прочности примут вид:

N×e£R_b×b×x×(h₀ – x/2) + R_sc×A_s’×(h₀ – a’);

N = R_s×A_s – R_b×b×x- R_sc×A_s’

10. Конструирование плит.

Плиты перекрытий опираются на ригели, работая на изгиб и для уменьшения расхода материала проектируются облегченными пустотными и ребристыми. При удалении бетона из растянутой зоны сохраняют лишь ребра, шириной, необходимой для размещения сварных каркасов и обеспечения прочности панелей по наклонному сечению. При этом плита в пролете между ригелями работает на изгиб между ребрами. При необходимости устройства гладкого потолка создается нижняя полка, образующая замкнутую полость. Верхняя полка плиты также работает на местный изгиб между ребрами.

Общий принцип проектирования плит перекрытий любой формы поперечного сечения состоит в удалении возможно большего объема бетона из растянутой зоны с сохранением вертикальных ребер, обеспечивающих прочность элемента по наклонному сечению, в увязке с технологическими возможностями изготовителя.

Расчетный пролет плит l₀ принимают равным расстоянию между осями ее опор; при опирании по верху ригелей l0 = l — b/2 (b — ширина ригеля); при опирании на полки ригелей l0 = l - а - b (a — размер полки). При опирании одним концом на ригель, другим на стенку расчетный пролет равен расстоянию от оси опоры на стене до оси опоры в ригеле.

Высота сечения плиты h должна быть подобрана так, чтобы наряду с условиями прочности были удовлетворены требования жесткости (предельных прогибов). При пролетах 5...7 м высота сечения плиты определяется главным образом требованиями жесткости.

Высоту сечения предварительно напряженных плит можно предварительно назначать разной: •h = l₀ / 20 — для ребристых, h = l₀ / 30 — для пустотных плит.

При расчете прочности по изгибающему моменту ширина ребра равна суммарной ширине всех ребер плиты; расчетную ширину сжатой полки принимают равной полной ширине панели. Таким образом, расчет прочности плит сводится к расчету таврового сечения с полкой в сжатой зоне. В большинстве случаев нейтральная ось проходит в пределах толщины сжатой полки. Для случаев, когда и нейтральная ось пересекает ребро, расчет ведут с учетом сжатия в ребре.

Поперечную арматуру плиты рассчитывают из условия прочности по наклонному сечению по расчетной ширине ребра b,- равной суммарной ширине всех ребер сечения. В многопустотных плитах высотой менее 300 мм допускается поперечную арматуру не устанавливать, если она не требуется по расчету.

По образованию или раскрытию трещин, а также по прогибам плиту рассчитывают в зависимости от категории требований трещиностойкости. При расчете прогибов сечение панелей с пустотами приводят к эквивалентному двутавровому сечению. Для панелей с круглыми пустотами эквивалентное двутавровое сечение находят из условия, что площадь круглого отверстия диаметром d равна площади квадратного отверстия со стороной 0,9d

Полка плиты работает на местный изгиб как частично защемленная на опорах пролетом l0, равным расстоянию в свету между ребрами. В ребристых плитах ребрами вниз защемление полки создают заливкой бетоном швов, препятствующей повороту ребра Изгибающий момент ql^2/11.

Применяют сварные сетки и каркасы из обыкновенной арматурной проволоки и горячекатаной арматуры периодического профиля. В качестве напрягаемой продольной арматуры применяют стержневую арматуру классов A-IV, A-V, Ат-IVc, Ат-V, высокопрочную проволоку и канаты. Армировать можно без предварительного напряжения арматуры, если пролет панели меньше 6 м.Продольную рабочую арматуру располагают по всей ширине нижней полки сечения пустотных панелей и в ребрах ребристых панелей.

Поперечные стержни объединяют с продольной монтажной или рабочей ненапрягаемой арматурой в плоские сварные каркасы, которые размещают в ребрах плит.

К концам продольной ненапрягаемой арматуры ребристых плит приваривают анкеры из уголков или пластин для закрепления стержней на опоре. Сплошные плиты из тяжелого и легкого бетонов армируют продольной напрягаемой арматурой и сварными сетками. По четырем углам плит закладывают монтажные петли. В местах установки петель сплошные панели армируют дополнительными верхними сетками.

Монтажные соединения плит всех типов выполняют сваркой стальных закладных деталей и заполнением бетоном швов между плитами.