71. Есть ли недостатки у тавровых сечений с полкой в сжатой зоне?

Почти всегда такие сечения относятся к слабо армированным, т.е. с большими удлинениями растянутой арматуры (см. вопрос 62), а это приводит к более раннему образованию и к более значительному раскрытию нормальных трещин (см. главу 5), чем в равнопрочных прямоугольных сечениях такой же высоты. Поэтому оценке трещиностойкости тавровых сечений следует уделять особо пристальное внимание.

72. Как проверить прочность на изгиб таврового сечения?

Если все параметры сечения известны (размеры, армирование и класс бетона), то вначале нужно определить, где проходит граница сжатой зоны: х = (N_s  N_s)/(R_bb_f) = (R_sA_s  R_scA_s)/(R_bb_f). Еслих  h_f(рис. 34,а), то граница сжатой зоны проходит в полке и расчет ничем не отличается от расчета прямоугольного сечения (с заменойbнаb_fв расчетных формулах). Если х > h_f(рис. 34,б), то граница сжатой зоны проходит в ребре (стенке) и появляется дополнительное слагаемое – сжимающее усилие в свесах полки:N_{b f} = R_b(b_f  b)h_f.В остальном расчет тот же, что и для прямоугольного сечения ширинойb: х = (N_s  N_s  N_bf)/(R_bb)= (R_sA_s  R_scA_s  R_b(b_f  b)h_f)/(R_bb);M_u = N_b z_b + N_bfz_bf + N_s z_s, или

M_u = R_b b x (h_o 0,5x) + R_b (b_f  b) h_f (h_o 0,5h_f)+ R_sc A_s(h_oa ). Условие прочности: М  М_u. В приведенных формулахb_fне фактическая (проектная), а расчетная ширина полки, которая часто принимается меньше проектной (см. вопрос 74).

Рис. 34

73. Как подобрать продольную арматуру в тавровом сечении?

Сначала можно назначить х = h_f, затем, как и в прямоугольном сечении, определитьМ_b. ЕслиМ_b < M(т.е. граница сжатой зоны проходит в ребре), принять х_R = _Rh_oи определить несущую способность сечения с этой высотой сжатой зоны:

М_bf + M_b = R_b (b_f  b)h_f (h_o  0,5h_f) + R_bbx_R (h_o 0,5x_R). Далее следует действовать так же, как и при подборе арматуры в прямоугольном сечении, имея в виду только одну особенность:

N_bf = R_b(b_f  b)h_f иМ_bf = N_bf z_bfвеличины постоянные и как слагаемые присутствуют во всех вычислениях.

74. Почему ограничивается расчетная ширина свесов сжатой полки?

Потому, что сжимающие напряжения _bпо ширине полки фактически распределены неравномерно, особенно в широких и тонких полках – у концов свесов они значительно меньше, чем вблизи ребра. Происходит это из-за депланации (искривления) сечения: деформации краев отстают от деформаций середины. Точный расчет здесь очень сложен, поэтому используют приближенный подход: расчетную ширинуb_fпо сравнению с фактической уменьшают, зато напряжения принимают постоянными_b = R_b(пунктирная линия на рис.35). Эта мера заодно уменьшает и вероятность потери устойчивости тонких и широких полок. Расчетное значениеb_fзависит от соотношенияh_f / h,наличия поперечных ребер, формы поперечного сечения (Т- или П-образное) и пр. Все эти условия приведены в Нормах проектирования.

Рис. 35

Рис. 36

75. Какой смысл проектировать двутавровые сечения, если бетон в растянутой полке все равно не работает?

В узком ребре таврового сечения невозможно по ширине разместить много арматуры, ее приходится ставить в несколько рядов по высоте (рис. 36,а). Но в этом случае поднимается центр тяжести арматуры S, т.е. уменьшается рабочая высотаh_oи плечо внутренней парыz_b.Кроме того, чем ближе к нейтральной оси расположена арматура, тем меньше в ней напряжения (см. вопрос 80), ее прочность недоиспользуется. В итоге, несущая способность сечения снижается. Чтобы сконцентрировать арматуру как можно ближе к растянутой грани, и устраивают полку (рис. 36,б). Наличие полки увеличивает также и момент инерции сечения, что важно для повышения жесткости и трещиностойкости конструкций.

В ряде случаев полку в растянутой зоне применяют и по эстетическим соображениям, например, в плитах междуэтажных перекрытий жилых и общественных зданий, где необходим гладкий потолок.