1. Оценка степени влияния неточного положения арматурных каркасов по высоте сечения.

Как известно, при установке арматурных каркасов в опалубку должна быть обеспечена толщина защитного слоя бетона a_{b ,}которая обеспечивается применением фиксаторов различного типа (металлические, деревянные или пластмассовые прокладки). Значение толщины a_b указывается в рабочих чертежах конструкции, и должно обязательно соблюдаться. Однако практика показывает, что нередки случаи несоблюдения указанной величины в реальных конструкциях. Этот дефект является очень серьезным и может привести к разрушению конструкции.

Рассмотрим на примере изгибаемого железобетонного элемента методику оценки степени влияния этого дефекта на предельные состояния эксплуатируемой конструкции.

На рис.1.1 приведено сечение железобетонной балки с указанием всех размеров.

222А-III

d₁=22мм

Каркасы Кр-1

(2 шт)

Р

225A-Ш

d₂=25мм

с = 25мм

ис.1.1. Схема поперечного армирования сечения балки:

- рабочая продольная арматура каркасов Кр-1;

- монтажные продольные стержни каркасов.

Возможны два варианта нарушений толщины защитного слоя при изготовлении конструкций:

• завышение толщины защитного слоя против проектного значения;

• занижение толщины защитного слоя против проектного значения.

Оба варианта отрицательно влияют на эксплуатационные качества конструкции.

Рассмотрим каждый из них отдельно, проанализировав влияние дефекта на все предельные состояния конструкции при эксплуатации и методику оценки этого влияния.

1-й вариант дефекта: толщина защитного слоя a_b завышена против проектного значения.

Такой дефект приводит к уменьшению рабочей высоты сечения h_o (см. рис. 1.1). Следовательно, уменьшаются все параметры сечения, зависящие от величины h_o. Это, прежде всего, несущая способность сечения.

Рассмотрим условие прочности для нормального сечения изгибаемого элемента прямоугольного профиля с одиночным армированием (применительно к сечению по рис. 1.1.). В соответствии со СНиП 2.03.01-84 условие прочности имеет вид:

M  R_sA_s(h_o 0,5x) …(1)

Условие прочности по наклонному сечению на действие поперечной силы для изгибаемого элемента имеет вид:

…(2)

Как видно из приведенных условий прочности (1) и (2), уменьшение рабочей высоты h_o снижает прочность сечений элемента, а значит и несущую способность конструкции.

Условие трещиностойкости нормальных сечений имеет вид:

…(3)

В (3) упруго-пластический момент сопротивления сечения W_pl прямо пропорцио­нально зависит от рабочей высоты сечения h_o.

Величина раскрытия трещин определяется по формуле СНиП 2.03.01-84:

где напряжение в арматуре зависит от величины плеча внутренней пары сил, которое вычисляется как z = (h_o – 0.5x), то есть также пропорционально значению h_o.

Формула для расчета кривизны железобетонных элементов без трещин имеет вид:

…(5)

где приведенный момент сопротивления сечения I_red пропорционален рабочей высоте сечения h_o .

Следовательно, уменьшение рабочей высоты сечения h_o приведет к увеличению кривизны, а значит и прогибов конструкции.

Таким образом, приведенный анализ расчетных формул (15) показал, что завышение толщины защитного слоя для рабочей продольной арматуры каркасов вызывает уменьшение плеча внутренней пары сил z = h_o  0.5x, что приводит к снижению несущей способности, трещиностойкости и жесткости конструкции при эксплуатации.

2-й вариант дефекта: толщина защитного слоя a_b занижена против проектного значения.

Очевидно, что рабочая высота сечения h_o при этом должна возрасти (см. рис. 1.1). Это означает, что рассмотренные выше характеристики эксплуатационных качеств конструкции (прочность, трещиностойкость и жесткость) не ухудшатся. Однако здесь таится очень серьезная опасность для конструкции, а именно: уменьшение толщины защитного слоя бетона против проектного значения снижает долговечность конструкции. Здесь уместно вспомнить, что величина a_b в Нормах принята именно из соображений защиты арматуры от влияния агрессивных факторов и обеспечения долговечности конструкции.

Влияние рассмотренных дефектов на предельные состояния конструкций может быть оценено с помощью расчетных формул метода предельных состояний (часть из которых была приведена выше) путем поверочных расчетов, в которых необходимо использовать фактическое значение рабочей высоты сечения h_o , выявленное при освидетельствовании дефектной конструкции. В результате таких расчетов может быть произведена количественная оценка снижения эксплуатационных качеств конструкции. Выводы об эксплуатационной пригодности такой конструкции делают путем сопоставления остаточных характеристик эксплуатационных качеств конструкции с величиной расчетных (проектных) их значений либо требованиями Норм.

Пример оценки влияния такого дефекта приведен ниже.

Пример №1.

Оценить влияние неточности расположения каркасов по высоте сечения на предельные состояния железобетонной балки, сечение которой приведено на рис. 1.1.

Известно, что фактическая толщина защитного слоя бетона a_b в изготовленной балке составила 35мм вместо проектного значения 25мм, указанного на чертеже.

Проектный класс бетона балки В20, для которого расчетное сопротивление сжатию составляет R_b = 11.5*0.9*10³КПа = 10.35*10³КПа, где 0.9 – коэф. условий работы, учитывающий длительность действия нагрузки.

Размеры поперечного сечения балки составляют b*h=0.2*0.6м.

Расчетное сопротивление стали класса А-Ш равно R_s=365*10³КПа.

Расчетная площадь сечения продольной арматуры A_s =7.6+9.82=17.42*10^-4м².

РЕШЕНИЕ:

1. Определяем проектное значение рабочей высоты сечения h_o:

-статический момент площади арматуры относительно нижней грани сечения равен

S=A_si*y_i=7.6*10^-4*0.086+9.82*10^-4*0.0375=1.03605*10^-4м³;

-расстояние a_s от нижней грани сечения до общего центра тяжести сечения:

- рабочая высота сечения, обеспеченная в проекте:

h_o= 0.60 - 0.0595 = 0.5405м.

2. Определяем рабочую высоту в фактически изготовленной балке с учетом дефекта расположения каркасов, а именно при толщине защитного слоя бетона a_b=35мм:

S=A_si*y_i=7.6*10^-4*0.096+9.82*10^-4*0.0475=1.19605м³;

h_o^факт = 0.60  0.069 = 0.531м.

3. Вычисляем предельный внутренний момент для проектного сечения из условия прочности:

M^пр_сеч = R_sA_s(h_o-0.5 x) = 365*10³*17.42*10^-4(0.5405-0.5*0.307)=246.07КН*м.

где

4. Вычисляем предельный внутренний момент для фактического сечения из условия прочности:

M^факт_сеч = R_sA_s(h_o^факт-0.5 x) = 365*10³*17.42*10^-4(0.531-0.5*0.307)=238.6кН*м.

где

5. Вычислим величину снижения предельного внутреннего момента против проектного значения:

6. Сравним предельный внутренний момент для дефектного сечения с расчетным моментом из проекта на рассматриваемую конструкцию :

,

следовательно, несущая способность сечения не обеспечена.

Такая конструкция не может быть признана соответствующей своему классу нагрузок по типовой классификации, и подлежит выбраковке. Однако, в некоторых случаях эксплуатация подобных конструкций возможна при меньших нагрузках. Во всех случаях для обоснования такой возможности требуется заключение проектной организации.

В данном примере не приводится расчетная оценка влияния дефекта расположения рабочей арматуры на прочность наклонных сечений, а также на предельные состояния второй группы. В учебных целях студенту предлагается выполнить это самостоятельно.