Черт. 86. К примеру расчета 53

Расчет. h_o= h¾а= 400¾58=342 мм. Так както, согласно п. 4.1, принимаем, что элемент работает с трещинами в растянутой зоне.

Для определения продолжительного раскрытия трещин вычислим напряжение в арматуре s_s.Согласно формуле (263), величинаs_sна уровне центра тяжести арматуры равна:

Поскольку арматура расположена в два ряда, вычислим по формуле (262) коэффициент d_n:

Напряжение в нижнем стержне арматуры равно:

s_s=273×1,08 = 294МПа.

Ширину раскрытия трещин находим по формуле (249). Так как , значениепринимаем равным 0,02. Согласно п. 4.7,d=1,0;

h=1,0; d = 22 мм.

что меньше предельно допустимой ширины раскрытия трещин a_crc2= 0,3 мм.

Пример54.Дано:железобетонная плита фундамента с размерами поперечного сеченияh= 300 мм,b= 1150 мм; a= 42 мм; бетон тяжелый класса В15(R_bt,ser= 1,15 МПа;E_b = 2,05×10⁴МПа); рабочая арматура класса A-III (R_s = 365 МПа;Е_s= 2×10⁵МПа); площадь ее сеченияА_s= 923мм²(6 Æ14); момент в расчетном сечении от постоянных и длительных нагрузок M_l= 63 кН×м, от кратковременных нагрузок M_sh= 4 кН×м; предельный момент по прочностиМ_u= 80,5 кН×м; фундамент расположен выше уровня грунтовых вод.

Требуетсяпроизвести расчет по раскрытию нормальных трещин.

Расчет. h_o=h ‑ а= 300 ‑ 42 = 258 мм. Определим необходимость вычисления ширины раскрытия трещин согласно п. 4.5. Для этого найдем момент трещинообразования M_crc.

Так как момент M_crcнаходим как для бетонного сечения, используя формулу (246):

M_crc= R_bt,serW_pl= 0,292bh²R_bt,ser = 0,292×1150×300²×1,15=34,75×10⁶Н×мм = 34,8 кН×м.

Так как M_r=М_tot= M_l+М_sh= 63 + 4 = 67 кН×м > M_crc= 34,8 кН×м, проверка ширины раскрытия трещин необходима.

Поскольку фундамент расположен выше уровня грунтовых вод, допустимая ширина продолжительного раскрытия трещин, согласно табл. 1, поз. 4, a_crc2 = 0,3 мм, поэтому при согласно п. 4.6, расчет производим только на продолжительное раскрытие трещин от действия момента M_l.

Ширину раскрытия трещин определим по формуле (249).

Напряжение в арматуре s_sвычислим по упрощенной формуле (263):

Коэффициенты, вводимые в формулу (249), принимаем равными: d = 1,0;h= 1,0;d= 14 мм, тогда

что больше допустимого значения a_crc2= 0,3 мм, в связи с чем целесообразно произвести корректировку значения a_crcв меньшую сторону согласно п. 4.8б. Посколькутакая корректировка допускается. Так какa₂= а= 42 мм < 0,2h=0,2 × 300 = 60 мм, корректировка значения a_crc, согласно п. 4.8а, не производится.

По формуле (256) определим значение М_о, предварительно вычислив:

M_o=M_crс+ybh²R_bt,ser = 34,8×10⁶+ 0,454×1150×300²×1,15 = 88,8×10⁶Н×мм = 88,8 кН×м.

Поскольку М_о =88,8 кН×м > M_r= 67 кН×м, вычислим коэффициент j_bпо формуле (253) :

принимаем j_l1= 1;

j_b = j_f1j_l1 = 0,79 < 1.

С учетом коэффициента j_b, ширина раскрытия трещин равнаa_crc= 0,34×0,79 = 0,269 мм < 0,3 мм, т. е. меньше предельно допустимого значения.

Пример 55.Дано:железобетонная колонна промышленного здания с размерами поперечного сеченияh= 500 мм, b= 400 мм; a = a¢= 50 мм; бетон тяжелый класса В15 (R_b,ser=11МПа; R_bt,ser =1,15 МПа;E_b =2,05×10⁴МПа); рабочая арматура класса A-III(Е_s= 2×10⁵МПа); площадь ее сеченияA_s = A¢_s =1232 мм²(2 Æ28); продольная сжимающая сила N= N_l =500 кН; момент от полной нагрузки M_tot= 240 кН×м, в том числе момент от постоянных и длительных нагрузок M_l =150 кН×м.

Требуетсярассчитать колонну по раскрытию трещин.

Расчет. h_o= h ‑ a =500‑50=450 мм. Определим необходимость расчета по раскрытию трещин. Для этого проверим условие (233). Так как то, согласно п. 4.2, момент сопротивления W_plнаходим как для бетонного сечения. Используя формулу (246), находим

M_crc = 0,292bh²R_bt,ser = 0,292×400×500²×1,15 = 33,6×10⁶Н×мм.

Ядровое расстояние rопределим по формуле (241). Для этого вычислим s_bкак для упругого тела (влиянием арматуры пренебрежем):

принимаем j = 0,7;

.

По формуле (238) определим момент M_r:

т. е. условие (233) не выполняется. Следовательно, проверка раскрытия трещин обязательна.

Поскольку согласно п. 4,6 проверим непродолжительное раскрытие трещин. Для этого в соответствии с п. 4.10 предварительно вычислим ширину продолжительного раскрытия трещин от действия усилий M_l и N_lпо формуле (249). При этом воспользуемся упрощенной формулой (264) дляs_s.

По вычисленным значениям j_f = 0,074,ma= 0,067 инаходим по табл. 30 значение коэффициентаj_crc= 0,33.

Согласно п. 4.7, d= 1,0; h= 1,00;

Напряжение в арматуре s_sот действия всех нагрузок так же определим по формуле (264).

При j_f= 0,074,ma= 0,067 и коэффициент j_crcсогласно табл. 30 равен 0,522.

Тогда, согласно формуле (265),

что меньше предельно допустимого значения a_crcl = 0,4 мм (см. табл. 1, поз. 4).

Пример 56.Дано:свободно опертая балка перекрытия пролетомl = 5,5 м, нагруженная равномерно распределенными нагрузками: временной длительно действующей эквивалентной нагрузкой v= 30 кН/м и постоянной нагрузкой g= 12,5 кН/м; размеры поперечного сеченияb= 200 мм, h= 400 мм, h_о= 370 мм; бетон тяжелый класса В 15(R_bt,ser= 1,15 МПа;E_b= 2,05×10⁴МПа); хомуты двухветвевые из арматуры класса А-I(Е_s= 2,1×10⁵МПа) с шагом s= 150 мм, диаметром 8 мм (А_sw= 101 мм²).

Требуетсяпроизвести расчет по раскрытию наклонных трещин.

Расчет. Определим сначала необходимость расчета по раскрытию наклонных трещин, проверив условие (248).

Наибольшая поперечная сила в опорном сечении равна:

Согласно табл. 21, j_b3= 0,6.

j_b3R_bt,serbh_o= 0,6×1,15×200×370 = 51060 H < Q_max =117 кН,

т. е. наклонные трещины образуются и расчет по их раскрытию необходим.

Расчет производим согласно п. 4.11. Определим значения Qи Q_b1.

q₁ = g + v/2 =12,5 + 30/2 = 27,5 кН/м;

j_b4= 1,5 (см. табл. 21).

Поскольку 0,2j_b4R_bt,serb =0,2×1,5×1,15×200 = 56,9 Н/мм> q₁= 27,5 Н/мм, значениес при определении Q_b1иQпринимаем равнымс= 2h _о= 2×370 = 740 мм.

Отсюда

Q= Q_max ¾ q₁ с= 117 ¾27,5 ·0,740 = 96,65 кН .

Определим напряжение в хомутах по формуле (267):

Согласно пп. 4.7 и 4.11, j_l = 1,5;h= 1,3; d_w =8 мм.

Определим ширину раскрытия наклонных трещин по формуле (266):

что меньше предельно допустимого значения а_сrc= 0,3 мм (см. табл. 1).

РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ ПО ДЕФОРМАЦИЯМ

4.12(4.22)Деформации (прогибы, углы поворота) элементов железобетонных конструкций следует вычислять по формулам строительной механики, определяя входящие в них значения кривизны в соответствии с указаниями пп.4.13 — 4.21.

4.13(4.23). Кривизна определяется:

а) для участков элемента, где в растянутой зоне не образуются трещины, нормальные к продольной оси элемента (см. п. 4.1), ¾как для сплошного тела;

б) для участков элемента, где в растянутой зоне имеются трещины, нормальные к продольной оси, — как отношение разности средних деформаций крайнего волокна сжатой зоны бетона и продольной растянутой арматуры к рабочей высоте сечения элемента.

При расчете по деформациям усилие от усадки бетона N_shrпринимается равным нулю.

Определение кривизны железобетонных элементов на участках без трещин в растянутой зоне

4.14(4.24). На участках, где не образуются нормальные к продольной оси трещины, полная величина кривизны должна определяться по формуле

(269)

где — кривизна соответственно от кратковременных нагрузок (определяемых согласно указаниям п. 1.12) и от постоянных и длительных временных нагрузок, определяемая по формулам:

(270)

j_b1—коэффициент, учитывающий влияние кратковременной ползучести бетона и принимаемый для бетонов:

тяжелого, мелкозернистого и легкого при плотном

мелком заполнителе...................................................0,85

легкого при пористом мелком заполнителе и

поризованного............................................................0,70

j_b2¾коэффициент, учитывающий влияние длительной ползучести бетона на деформации элемента без трещин и принимаемый по табл. 31.

Таблица 31 (34, 35)

	Коэффициенты jb2 и vlпри влажности воздуха окружающей среды, %
Вид бетона	40¾75 (нормальной)			ниже 40 (пониженной)			св. 75 (повышенной)
	jb2	vl	jb2		vl	jb2		vl
Тяжелый, легкий	2,0	0,15	3,0		0,10	1,6		0,19
Поризованный	2,0	0,07	3,0		0,04	1,6		0,09
Мелкозернистый
групп:
А	2,6	0,10	3,9		0,07	2,1		0,125
Б	3,0	0,08	4,5		0,05	2,4		0,10
В	2,0	0,15	3,0		0,10	1,6		0,19

Примечания: 1. Влажность воздуха окружающей среды принимается согласно указаниям п. 1.8.

2. Группы мелкозернистого бетона см. п. 2.1.

3. При попеременном водонасыщении и высушивании бетона значения j_b2, следует умножать, а значения v_l¾делить на коэффициент 1,2.

Определение кривизны железобетонных элементов на участках с трещинами в растянутой зоне

4.15 (4.27).На участках, где в растянутой зоне образуются нормальные к продольной оси элемента трещины, кривизна изгибаемых, внецентренно сжатых, а также внецентренно растянутых приe_о³0,8h_o элементов прямоугольного, таврового и двутаврового (коробчатого) сечений должна определяться по формуле

(271)

Для изгибаемых элементов последнее слагаемое правой части формулы (271) принимается равным нулю. Знак «минус» в этой формуле принимается при внецентренном сжатии, знак «плюс» — при внецентренном растяжении.

В формуле (271):

М_s— момент относительно оси, нормальной к плоскости действия момента и проходящей через центр тяжести площади сечения арматуры S,от всех внешних сил, расположенных по одну сторону от рассматриваемого сечения, равный:

для изгибаемых элементов М_s=М;

для внецентренно сжатых и внецентренно растянутых элементов М_s=Ne_s;

z¾расстояние от центра тяжести площади сечения арматурыSдо точки приложения равнодействующей усилий в сжатой зоне сечения над трещиной (плечо внутренней пары сил), определяемое согласно указаниям п. 4.16;

y_s— коэффициент, учитывающий работу растянутого бетона на участке с трещинами и определяемый согласно указаниям п. 4.17;

y_b— коэффициент, учитывающий неравномерность распределения деформаций крайнего сжатого волокна бетона по длине участка с трещинами и принимаемый равным:

для тяжелого, мелкозернистого и легкого бетонов

класса В10 и выше ...............................................................0,9

для легкого и поризованного бетонов класса В7,5 и ниже...0,7

j_f ¾коэффициент, определяемый по формуле (277);

x = x/h_o —определяется согласно указаниям п. 4.16;

v¾коэффициент, характеризующий упруго-пластическое состояние бетона сжатой зоны и принимаемый равным:

при непродолжительном действии нагрузки ¾ коэффициентуv_sh= 0,45;

при продолжительном действии нагрузки ¾коэффициенту v_l, определяемому по табл. 31.

Для изгибаемых и внецентренно сжатых элементов из тяжелого бетона при M_r< M_o кривизну допускается определять с учетом работы растянутого бетона над трещинами по формуле

(272)

где

(273)

¾ кривизна, определенная по формуле (271) при моментеМ_s,

равном:

для изгибаемых элементов М_s=М_o;

для внецентренно сжатых элементов M_s= М_o+Nу_sr;

у_sr=y_o ‑а + r —расстояние от центра тяжести растянутой арматуры до оси, проходящей через наиболее удаленную ядровую точку (см. п. 4.2);

М_r—момент, определяемый согласно п. 4.2 от полной нагрузки, включающей постоянную, длительную и кратковременные нагрузки;

М_o¾момент, при котором растянутый бетон над трещинами выключается из работы, определяемый по формуле (256), в которойyуменьшается вдвое при учете продолжительного действия постоянных и длительных нагрузок;

M_crc,r¾ см. п. 4.2;

M, M_tot —моменты внешних сил относительно оси, проходящей через центр тяжести сечения, соответственно от рассматриваемой и от полной нагрузки;

j_b1, j_b2—см. п. 4.14; при непродолжительном действии нагрузки j_b2= 1,0.

4.16(4.28).Значениеx вычисляется по формуле

(274)

но принимается не более 1,0, при этом e_s/h_oпринимается не менее 0,5.

Для изгибаемых элементов последнее слагаемое правой части формулы (274) принимается равным нулю.

В формуле (274) верхние знаки принимаются при сжимающем, а нижние — при растягивающем усилии N.

В формуле (274):

b —коэффициент, принимаемый равным для бетона:

тяжелого и легкого................................................ 1,8

мелкозернистого.................................................... 1,6

поризованного........................................................ 1,4

(275)

(276)

; (277)

. (278)

Значение zвычисляется по формуле

(279)

Для элементов прямоугольного сечения и таврового сечения с полкой в растянутой зоне в формулы (276) и (279) вместо h¢_fподставляются значения 2a'илиh¢_f= 0 соответственно при наличии или отсутствии арматурыS¢.

Если , то для изгибаемых элементов при j_f ³ j_f1, где, значенияzи— определяются прии j_f = j_f1,а при j_f < j_f1, значения j_f ,x, zи — определяются без учета арматурыS¢. Для внецентренно нагруженных элементов придопускается всегда значения j_f ,x, zи определять без учета арматуры S¢.

Расчет сечений, имеющих полку в сжатой зоне, при производится как прямоугольных шириной b¢_f.

Расчетная ширина полки b¢_fопределяется согласно указаниям п. 3.23.

Для внецентренно сжатых элементов значение zдолжно приниматься не более 0,97e_s.

(4.29).Коэффициентy_sопределяется по формуле

(280)

но не более 1,0, при этом следует принимать e_s/h_o³1,2/j_ls.

Для изгибаемых элементов последний член в правой части формулы (280) принимается равным нулю.

В формуле (280):

j_ls¾коэффициент, учитывающий влияние длительности действия нагрузки и принимаемый по табл. 32;

(281)

Таблица32(36)

Длительность действия	Коэффициент jlsпри классе бетона
нагрузки	В 10 и выше	В7,5 и ниже
Непродолжительное действие при арматуре классов:
А-II, А-III	1,1	0,8
А-I, Вр-I	1,0	0,7
2. Продолжительное действие	0,8	0,6

но не более 1,0;

здесь W_pl ¾см.п. 4.3;

M_r — см. п. 4.2.

4.18.Кривизна внецентренно растянутых элементов с продольной силой N,приложенной между центрами тяжести площадей арматурыSиS¢, на участках с нормальными трещинами в растянутой зоне определяется по формуле

(282)

где z_s= h_o ‑ a¢ —расстояние между центрами тяжести площадей арматурыSи S¢;

y_s, y¢_s— коэффициенты, учитывающие работу растянутого бетона соответственно для арматурыS иS¢и определяемые по формулам:

(283)

(284)

здесь j_ls¾коэффициент, принимаемый равным при действии нагрузки:

непродолжительном...........................................0,70

продолжительном...............................................0,35

N_crc, N¢_crc ¾усилия, приложенные в той же точке, что и силаN,и соответствующие образованию трещин соответственно в более и менее растянутой зонах сечения; значения N_crc и N¢_crc определяются по формулам:

. (285)

и принимаются не более N; кроме того, приr'<е_означениеN¢_crcпринимается равнымN.

В формулах (285):

W_pl, W¢_pl ¾значенияW_pl, определенные согласно п. 4.3 соответственно для более и менее растянутой сторон сечения;

r,r¢¾расстояния от центра тяжести приведенного сечения до ядровых точек, наиболее удаленных соответственно от более и менее растянутой сторон сечения; значения rи r¢определяются по формуле (242).

4.19.Кривизна внецентренно растянутых элементов с продольной силой N,приложенной вне расстояния между центрами тяжести площадей арматурыSи S¢, и приe_о< 0,8h_оопределяется линейной интерполяцией между кривизной ,определенной по формуле (282) прие_s= 0 (т.е. приe_о= y_so, гдеy_so— расстояние от центра тяжести площади арматурыSдо центра тяжести приведенного сечения), и кривизной, определенной по формуле (271) е_s=0,8h_o ‑ y_so (т.е. прие_о= 0,8h_о).Тогда значение кривизны равно:

(286)

4.20.Для элементов прямоугольного сечения с симметричной арматурой, испытывающих косое внецентренное сжатие, кривизны вычисляются по формуле

(287)

где — кривизна, вычисленная как для плоского внецентренного сжатия согласно пп. 4.15-4.17 в предположении действия силыNс эксцентриситетоме_oв плоскости оси симметрии сечениях,при этом принимается, что силовая плоскость расположена между осьюхи диагональю сечения;

j_b— коэффициент, учитывающий влияние угла наклона силовой плоскости на величину деформаций кососжимаемых элементов и определяемый по формуле

; (288)

здесь ¾площади арматуры, расположенной у грани сечения, нормальной к осям соответственнохиу,при этом угловой стержень учитывается как при вычисленииm_х, так иm_у;

h_х, h_y— размеры сечения в направлении осей соответственнохиу;

b— угол наклона силовой плоскости (плоскости эксцентриситета силыN) к плоскости осих,рад.

Плоскость деформирования составляет с плоскостью оси хуголg, определяемый из равенства

(289)

где I_x, I_y ¾моменты инерции приведенного сечения относительно осей соответственноеy и х.

Кривизны в плоскостях хиупри косом внецентренном сжатии равны:

, (290)

(291)

где — определяется по формуле (287).

4.21 (4.30).Полная кривизна — для участка с трещинами в растянутой зоне должна определяться по формуле

(292)

где ¾кривизна от непродолжительного действия всей нагрузки, на которую производится расчет по деформациям согласно указаниям п.1.17;

— кривизна от непродолжительного действия постоянных и длительных нагрузок;

— кривизна от продолжительного действия постоянных и длительных нагрузок.

Кривизны , и определяются по формулам (271), (272), (282), (286) и (287), при этоми вычисляются при значенияхy_sиv, отвечающих непродолжительному действию нагрузки, а— приy_sиv,отвечающих продолжительному действию нагрузки. Если значения иоказываются отрицательными, они принимаются равными нулю.

Определение прогибов

4.22 (4.31).Прогибf_m, обусловленный деформацией изгиба, определяется по формуле

(293)

где —изгибающий момент в сечениихот действия единичной силы, приложенной по направлению искомого перемещения элемента в сечении по длине пролета, для которого определяется, прогиб;

¾полная величина кривизны элемента в сечениихот нагрузки, при которой определяется прогиб.

При определении прогиба в середине пролета формула (293) может быть приведена к виду

(294)

где ,¾кривизны элемента соответственно на левой и правой опорах;

, , ¾кривизны элемента в сечении i,в симметричном сеченииi'(черт. 87) и в середине пролета;

п— четное число равных участков, на которое разделяется пролет элемента; числопрекомендуется принимать не менее 6.