111. Как меняется усилие в растянутой арматуре по длине изгибаемого элемента?

В произвольном нормальном сечении любого элемента (балки, ригеля или плиты) усилие N_s в арматуре зависит от плечаz внутренней пары и изгибающего моментаMот внешней нагрузки:N_s = M /z. Следовательно, по длине элемента усилие меняется в зависимости от очертания эпюрыMи очертания конструкции (т.е. очертанияz). Например, у элементов с постоянной высотой сечения плечоz = const, потому эпюраN_sимеет тот же характер, что и эпюраM(рис. 56, б); у двускатных элементов эпюраN_sдвугорбая, аN_s,max находятся в опасных сечениях (рис. 56,а).

112. Какие очертания изгибаемых элементов самые рациональные?

С точки зрения расхода материалов – такие, которые обеспечивают постоянное по длине усилие в арматуре: N_s = const. У этих элементов все нормальные сечения равнопрочны (т.е. все сечения являются опасными), следовательно, у них нет избыточных запасов прочности и нет избыточного расхода материалов. ПосколькуN_s = M /z =const, то, очевидно, плечоzдолжно меняться пропорциональноM, т.е. очертание элемента должно повторять очертание эпюрыM. Показанное на рис. 57,а, параболическое очертание используется в панелях КЖС («конструкции железобетонные сводчатые») – самых экономичных сборных конструкциях покрытия пролетом до 24 м. Треугольное очертание (рис. 57,б) применяют в подстропильных балках, воспринимающих в середине пролета большие сосредоточенные силы от опорных реакций стропильных балок или ферм.

113.Почему панелям кжс не требуется поперечная арматура?

Из балки, показанной на рис. 58, мысленно вырежем элемент длиной l. Слева от него действует моментM, справаM + M. Возникающие в левой части усилия в бетонеN_bи в арматуреN_sприрастают в правой части соответственно на величиныN_bиN_s. Приращение усилий уравновешивается сдвигающими силами (T=N_s =  –N_b), которые вызывают касательные напряжения:=T /(bl). У панелей КЖС усилия в арматуре по длине пролета постоянны (см. предыдущий вопрос), поэтомуN_s= = –N_b= 0, отсюдаT =0 и=0. Но если=0, то главные растягивающие напряжения совпадают с нормальными, и наклонные трещины не образуются, а при их отсутствии нет смысла и применять поперечную арматуру. Правда, в КЖС поперечную арматуру все-таки ставят на небольших участках у опор, что вызвано, прежде всего, возможным несовпадением очертаний эпюрMиM_uв реальных условиях (например, при несимметричной нагрузке).

Кстати, подобный ход рассуждений применим и к фермам. Если очертание поясов фермы совпадает с очертанием балочной эпюры моментов, то во всех панелях нижнего (соответственно, и верхнего) пояса горизонтальные проекции усилий равны, разность между усилиями в смежных панелях равна нулю, следовательно, равны нулю и сдвигающие силы, воспринимаемые решеткой. Поэтому усилия в элементах решетки (подсчитанные по статической схеме) также равны нулю. Читателю предоставляется возможность удостовериться в этом лично, выполнив статический расчет простейшей треугольной фермы, нагруженной сосредоточенной силой в середине пролета.

Рис. 58

Рис. 59

114. Почему в панелях кжс не применяют самоанкерующуюся напрягаемую арматуру?

В зоне передачи напряжений l_pнесущая способностьN_suсамоанкерующейся напрягаемой арматурыS_pпадает отR_sA_spдо 0, в то время как усилиеN_sот внешней нагрузки должно быть постоянно на всем протяжении (см. вопрос 112). В результате, возникает дефицит прочности (заштрихованная зона на рис. 59). Поэтому в качестве рабочей арматуры в КЖС обычно применяют стержни классов А-IIIв и А-IV(но неAт-IV), которые не только приваривают к опорным закладным деталям, но и натягивают вместе с ними. (Заметим в скобках, что арматура указанных классов при сварке прочность почти не теряет, в отличие от термоупрочненной арматуры). В этом случае опорные закладные детали играют роль наружных анкеров, которые передают усилие натяжения на бетон и обеспечивают постоянство несущей способности арматуры по всей ее длине.

Конечно, можно применять и самоанкерующуюся арматуру, но тогда в концевых участках следует устанавливать дополнительную ненапрягаемую арматуру S₁, которая покроет дефицит несущей способности в зоне передачи напряжений (N_su + N_s1,u  N_s) и которую необходимо надежно заанкерить, приварив ее к опорной закладной детали. Решение это, однако, сопряжено с дополнительными технологическими затратами и широкого распространения не получило. Сказанное справедливо для всех конструкций с малой высотой на опоре, у которых эпюра материалов близка к эпюре моментов.