135. Для чего во внецентренно сжатых элементах устанавливают поперечную арматуру?

У

Рис. 68

станавливают, как правило, не для восприятия поперечной силы (обычно прочности самого бетона для этого вполне достаточно), а для того, чтобы обеспечить устойчивость продольной арматуры. Под влиянием поперечных деформаций бетона продольные стержни искривляются наружу (выпучиваются), отрывают защитный слой и теряют устойчивость задолго до исчерпания своей прочности (рис. 68). Поперечные стержни препятствуют этому процессу. Их ставят с шагомsне более 15d_s(d_sнаименьший диаметр продольных стержней). Минимальные ди­а­метры поперечных стержней назначают по условиям сварки:d_sw  d_s /3. Указанные требования, кстати, обязательны и для сжатой продольной арматуры изгибаемых элементов.

Поперечные стержни также сдерживают поперечные деформации бетона и, тем самым, несколько повышают его прочность на сжатие. Однако намного эффективнее в этом отношении косвенное армирование (см. вопрос 137).

1 36. Как обеспечивается устойчивость внецентренно сжатого элемента?

П

ри внецентренном сжатии элемент искривляется, первоначальный эксцентриситете_оувеличивается, а вместе с ним растет и моментМ от внешней нагрузки. Причем, чем больше доля постоянной и длительной нагрузки, тем больше деформации ползучести наиболее сжатых волокон, тем больше элемент искривляется, тем больше растет е_о.

У

Рис. 69

читывают это коэффициентом =1/(1  N/N_cr),на который умножаюте_о(рис. 69). В приведенном выраженииN продольная сила от внешней нагрузки, N_crкритическая сила, определяемая по формулам Норм проектирования. Она зависит от расчетной длины элемента, размеров сечения, величины эксцентриситета, доли постоянной и длительной нагрузки и др. Коэффициентможно не учитывать, если гибкость элемента  = l_o/i  14 (для прямоугольного сеченияl_o/h  4), где iрадиус инерции,hвысота сечения,l_o расчетная длина. Таким образом, условие устойчивости после корректировки величиные_о сохраняет вид условия прочности.

137. Как быть, если прочность сжатого элемента недостаточна, а сечение увеличивать нельзя?

Если все пути (увеличение армирования, повышение прочности бетона) исчерпаны, можно применить или жесткое, или косвенное армирование. Жесткая арматура это стальной сердечник сварного сечения или из прокатного двутавра. Вокруг сердечника по периметру сечения нужно обязательно устанавливать продольную гибкую арматуру с поперечной, соблюдая рекомендации о максимальном суммарном проценте армирования _max= 15 %.

Косвенная арматура в виде поперечных сварных сеток или спиралей, охватывающих снаружи продольные стержни, препятствует поперечному расширению бетона и повышает его сопротивление продольному сжатию (см. вопрос 8). Разрушение элемента происходит, когда косвенная арматура достигает предела текучести. Следует, однако, помнить, что сетки косвенного армирования затрудняют укладку и уплотнение бетона. Кроме того, косвенное армирование эффективно только при малых эксцентриситетах и при небольшой гибкости элементов.

138. Как рассчитывают на сжатие бетонные сечения?

Рис.70

Принцип расчета основан на двух условиях равновесия: усилие от внешней нагрузки Nи равнодействующая внутренних усилий в бетонеN_bдолжны быть равны по величине и расположены вдоль одной оси. При этом криволинейную эпюру напряжений в сжатой зоне (см. вопрос 4) заменяют на равновеликую прямоугольную. Тогда условие прочности имеет вид:N  R_bA_b, гдеA_b– площадь сжатой зоны, центр тяжести которой совпадает с точкой приложения силыN(рис. 70,а),– коэффициент, учитывающий вид бетона (для тяжелого бетона= 1). Таким образом, расчет сводится к определению площадиA_bпри известном положении ее центра тяжести.

В общем виде задача решается через равенство статических моментов S_i частей площадиA_b, лежащих по обе стороны от ее центра тяжести. Для прямоугольного сеченияA_b = bx,где x = h – 2e₀. Для таврового сечения нужно учитывать положение ц.т.A_b(в полке или в стенке). В примере, показанном на рис. 70,б,A_bможно определить, разделив сжатую зону на три части и подсчитав статические моменты площади каждой части относительно ц.т.A_b. ТогдаS₁ = S₂ + S₃, илиb_f(h₁)²/2 = b_f(h₂)²/2 + bh₃ (h₂+ + h₃ /2), гдеh₁ = y – e₀, h₂ = h_f – h₁,h₃ –искомая величина. Найдяh₃, получимA_b = b_f h_f + bh₃. Если прочность недостаточна, то следует увеличить либоR_b, либо размеры сечения (с увеличением размеров увеличиваетсяA_b).

Как и для железобетонных элементов, к эксцентриситету, полученному из статического расчета, добавляется случайный эксцентриситет e_a, а продольный изгиб учитывается умножением e₀ на коэффициент  (см. вопрос 136). Величина эксцентриситета e₀ не должна превышать 0,9у, где y – расстояние от центра тяжести сечения до крайнего сжатого волокна. В ряде случаев (некоторые конструкции гидротехнических и др. специальных сооружений, карнизы, парапеты) прочность бетонных сечений исчерпывается прочностью растянутой зоны. Поэтому расчет прочности таких конструкций сводится к расчету по образованию трещин (см. вопрос 158).