- •В с т у п
- •1. Суть залізобетону
- •2. Галузі застосування залізобетонних конструкцій
- •3. Короткий історичний огляд про розвиток залізобетону
- •4. Основні літерні позначення
- •Контрольні запитання
- •Ч а с т и н а п е р ш а Матеріали для залізобетонних конструкцій
- •Основні фізико-механічні властивості бетонів
- •1.1. Бетон як матеріал для залізобетонних конструкцій
- •1.2. Структура бетону
- •1.3. Усадка бетону
- •1.4. Основи міцності бетону
- •1.5 Класи та марки бетону
- •1.6. Вплив часу та умов тужавлення на міцність бетону
- •1.7. Кубикова та призмова міцності бетону
- •1.8. Міцність бетону на розтяг, зріз та сколювання
- •1.9. Міцність бетону при тривалій дії навантаження
- •1.10. Міцність бетону при багаторазових повторних навантаженнях
- •1.11. Динамічна міцність бетону
- •1.12. Види деформацій в бетоні. Об’ємні деформації
- •1.13. Деформації в бетоні при одноразовому завантаженні короткочасним навантаженням
- •1.14. Деформації в бетоні при тривалій дії навантаження. Повзучість бетону
- •1.15. Граничні деформації в бетоні
- •1.16. Модуль деформацій та міра повзучості бетону
- •Контрольні запитання
- •Основні фізико-механічні властивості арматури
- •2.1. Призначення та види арматури
- •2.2. Механічні властивості арматурних сталей
- •2.3. Класифікація арматурних сталей і застосування їх
- •2.4. Арматурні зварні та дротяні вироби і способи армування
- •2.5 Стикування арматури
- •Контрольні запитання
- •Залізобетон
- •3.1. Технологія виготовлення збірних залізобетонних конструкцій
- •3.2. Суть попередньо напруженого залізобетону та способи виготовлення попередньо напружених збк
- •3.3. Спільна робота сталевої арматури з бетоном
- •3.4. Анкерування арматури в бетоні
- •3.4.1. Анкерування ненапружуваної арматури
- •3.4.2. Анкерування напружуваної арматури
- •3.5. Захисний шар бетону
- •3.6. Корозія бетону і залізобетону
- •Контрольні запитання
- •Ч а с т и н а д р у г а
- •4.2. Стадії напружено-деформованого стану перерізу залізобетонного елемента
- •4.3. Утворення і розкриття тріщин в збк
- •4.4. Методи розрахунку залізобетонних конструкцій
- •4.5. Три категорії вимог до тріщиностійкості залізобетонних конструкцій
- •4.6. Попереднє напруження арматури та рівень обтискання бетону
- •4.7. Втрати попереднього напруження в напружуваній арматурі
- •4.8. Зусилля попереднього обтискування бетону
- •4.9. Зведений переріз
- •4.10. Напруження в бетоні при обтискуванні
- •4.11. Гранична висота стиснутої зони. Залежність напружень в арматурі від висоти стиснутої зони на стадії руйнування
- •Контрольні запитання
- •Розрахунок на міцність нормальних перерізів елементів, що працюють на згинання
- •5.1. Конструктивні особливості елементів, що працюють на згинання
- •5.1.1. Конструктивні особливості плит
- •5.1.2. Конструктивні особливості балок
- •5.1.3. Конструктивні особливості попередньо напружених конструкцій
- •5.2. Розрахунок елементів будь-якого симетричного профілю
- •5.3. Розрахунок елементів прямокутного профілю
- •5.4. Розрахунок елементів таврового профілю
- •5.5. Розрахунок елементів двотаврового та коробчатого профілів
- •Контрольні запитання
- •Елементи, що працюють на згинання. Розрахунок на міцність похилих перерізів
- •6.1. Основні розрахункові формули
- •6.2. Розрахунок хомутів
- •Контрольні запитання
- •Стиснуті елементи
- •7.1. Конструктивні особливості
- •7.2. Розрахунок елементів, що працюють з випадковими ексцентриситетами
- •7.3. Розрахунок позацентрово стиснутих елементів
- •7.4. Стиснуті елементи, підсилені непрямим армуванням
- •Контрольні запитання
- •Розтягнуті елементи
- •8.1. Конструктивні особливості
- •8.2. Розрахунок на міцність за нормальними перерізами
- •8.3. Розрахунок на міцність за похилими перерізами
- •Контрольні запитання
- •Ч а с т и н а ч е т в е р т а Проектування залізобетонних конструкцій
- •Загальні принципи проектування залізобетонних конструкцій
- •9.2. Уніфікація і типізація збірних конструкцій і вимоги до конструктивних схем
- •9.3. Технологічність збірних конструкцій
- •9.4. Проектування збірних конструкцій з урахуванням зусиль, що виникають у процесі виготовлення, транспортування і монтажу
- •9.5. Спряження і стики збірних елементів
- •9.6. Деформаційні шви
- •Перекриття багатоповерхових будівель
- •10.1. Основні відомості
- •10.2. Монолітні ребристі перекриття з балковими плитами
- •10.3. Монолітні ребристі перекриття з плитами, опертими по контуру
- •10.4. Збірні балкові перекриття
- •10.5. Збірно-монолітні балкові перекриття
- •10.6. Безбалкові перекриття
- •Колони багатоповерхових будівель
- •Стінові елементи багатоповерхових будівель
- •12.1. Панелі зовнішніх і внутрішніх стін
- •12.2. Об’ємні блоки
- •Фундаменти
- •13.1. Окремі фундаменти під колони
- •13.2. Стрічкові та суцільні фундаменти
- •13.3. Фундаментні балки
4.8. Зусилля попереднього обтискування бетону
Зусилля попереднього обтискування бетону приймають рівним рівнодійній зусиль в напружуваній і ненапружуваній арматурах:
,
а ексцентриситет цього зусилля відносно центра ваги зведеного перерізу визначають за умови рівності моментів рівнодійної та її складових (рис. 4.4):
(4.15)
Рис. 4.4. До визначення зусилля попереднього обтискування бетону та геометричних характеристик зведеного перерізу
4.9. Зведений переріз
Зведеним називають переріз елемента, в якому площу перерізу арматури замінюють еквівалентною площею бетону. Як коефіцієнт зведення приймають відношення модулів пружності арматури та бетону
. (4.16)
Площа зведеного перерізу (див. рис. 4.4, б)
. (4.17)
Статичний момент перерізу відносно осі І-І
, (4.18)
де Аі – площа і-тої фігури перерізу; yi – відстань від центра ваги і-тої фігури до осі І-І.
Відстань від центра ваги зведеного перерізу до осі І-І
. (4.19)
Момент інерції зведеного перерізу відносно осі, що проходить через центр ваги зведеного перерізу
, (4.20)
де Іі – момент інерції і-тої фігури відносно осі, що проходить через центр ваги фігури.
Відстань від верхньої та нижньої границі ядра перерізу до центра ваги зведеного перерізу
; . (4.21)
4.10. Напруження в бетоні при обтискуванні
Його визначають у припущенні пружної роботи перерізу та лінійної епюри напружень:
. (4.22)
Залежно від мети розрахунку напруження в бетоні визначають так.
Для встановлення контрольованого напруження в арматурі, яку натягують на бетон, напруження в бетоні визначають на рівні зусиль в напружуваній арматурі
, (4.23)
. (4.24)
При перевірці граничних напружень при обтискуванні напруження в бетоні визначають на рівні крайнього стиснутого волокна
. (4.25)
При визначенні втрат попереднього напруження від повзучості бетону bp визначають за формулами (4.23) та (4.24).
4.11. Гранична висота стиснутої зони. Залежність напружень в арматурі від висоти стиснутої зони на стадії руйнування
У непереармованих залізобетонних елементах напруження в арматурі в стадії руйнування досягають своїх граничних значень. В розрахунках їх приймають рівними Rs (для розтягнутої арматури) і Rsc (для стиснутої арматури).
У переармованих елементах, що працюють на згинання, а також в позацентрово стиснутих при малих ексцентриситетах напруження в арматурі не досягають граничного значення, а дорівнюють величині s. Ці напруження визначають з додаткового рівняння (крім двох рівнянь статики), що встановлює експериментальний зв’язок між напруженнями в арматурі і висотою стиснутої зони в момент руйнування.
Деформації арматури s та відносна висота стиснутої зони =x/h0 зв’язані між собою залежністю
, (4.26)
де b,u– граничне вкорочування бетону при центральному стиску, яке приймають 0,002 або 0,0025; sp–деформація арматури при її натягуванні з урахуванням втрат (для ненапружених конструкцій sp=0); 1,1=h/h0 – відношення висоти перерізу до його робочої висоти; =x/h0 – відносна висота стиснутої зони при прямокутній епюрі для випадку, коли приріст деформацій в арматурі (і напружень) дорівнює нулю.
Для обчислення використовують спрощену лінійну залежність, що враховує зв’язок деформативності та міцності бетону
, (4.27)
де дорівнює 0,85 для важкого і 0,8 для легкого бетонів.
Величину можна трактувати як коефіцієнт повноти фактичної епюри стискувальних напружень у бетоні або як характеристику деформативності стиснутої зони бетону. Із збільшенням міцності бетону епюра напружень змінюється від майже прямокутної до трикутної, а деформативність зменшується (рис. 4.5, а та б).
Одержане рівняння справедливе тільки в межах пружної роботи арматури.
Для елементів з ненапружуваною арматурою
(4.29)
Підставивши в рівняння (4.29) та, матимемо вираз для визначення граничної висоти стиснутої зони бетонуR, при якій напруження в арматурі досягають межі текучості сталі
(4.30)
Якщо праву та ліву частини рівняння (4.26) помножити на модуль пружності сталі Es, то отримаємо
, (4.28)
де ;.
Рис. 4.5. Вплив висоти стиснутої зони бетону на напруження в арматурі: а залежність між коефіцієнтом та класом бетону В12,5; б те саме, при В60; в залежність між напруженнями в арматурі s та відносною висотою стиснутої зони бетону на стадії руйнування елемента; г напружений стан у перерізах елементів, що працюють на згинання та в позацентрово стиснутих на стадії руйнування; I…V випадки напруженого стану перерізу; 1 залежність за формулою (4.29); 2 залежність за формулою (4.31)
Для елементів, виготовлених із бетонів класів В30 і нижче, армованих ненапружуваною арматурою класів Вр-І, А-І, А-ІІ і А-ІІІ, рекомендується використовувати спрощену лінійну залежність для напружень в інтервалі напружень відRs до
(4.31)
На рис. 4.5,в наведено графіки залежності , побудовані за формулами (4.29) і (4.31). Штриховими лініями показано фактичні епюри напружень у бетоні стиснутої зони, суцільними – розрахункові при можливих випадках напруженого стану в стадії руйнування.
Випадок І.Характеризується відносною висотою R і напруженнями в арматурі As, що дорівнюють s=Rs. Такий напружений стан виникає в момент руйнування елементів, що згинаються, із звичайним або максимальним відсотком армування і в позацентрово стиснутих елементах у випадку великих ексцентриситетів (рис. 4.5, г, 1), що відповідає ділянці 1 на графіку (рис. 4.5, в).
Випадок 2. Відносна висота стиснутої зони бетону лежить в межах R. Цей напружений стан характерний для переармованих елементів, що працюють на згинання, і позацентрово стиснутих при малих ексцентриситетах. Відповідає ділянці 2 на графіку (рис. 4.5, в). У розтягнутій арматурі As напруження sRs (рис. 4.5, г, ІІ).
Випадок 3. Відносна висота стиснутої зони бетону =. Фактична епюра напружень в бетоні проходить через арматуру As, а напруження s дорівнюють нулю (точка ІІІ на графіку рис. 4.5, в). Розрахункова епюра прямокутна вкорочена, а тому <1 (рис. 4.5, г, ІІІ).
Випадок 4. Відносна висота стиснутої зони лежить у межах 1,1, що характерно для позацентрово стиснутих елементів при малих ексцентриситетах, і відповідає ділянці IV на графіку (рис. 4.5, в). Фактична епюра напружень в бетоні криволінійна, близька до трапецуватої, тому напруження в арматурі As стискувальне, але s < Rsc (рис. 4.5, г, IV).
Випадок 5. Весь переріз рівномірно стиснутий, = 1,1. Напруження в арматурі As досягають межі текучості при стисканні (точка V на графіку рис. 4.5, в). Напружений стан характерний для центрально стиснутих елементів, а фактична і розрахункова епюра напружень в бетоні збігаються (рис. 4.5, г, V).
Формули (4.28) і (4.29) справедливі лише для арматури класу Вр-І, А-І…А-ІІІ, які мають явно виражену площинку текучості. Для високоміцної арматуриА-IV…A-VII, В-ІІ і Вр-ІІ, що не має площинки текучості, ці формули використати не можна.
Універсальна формула для обчислення граничної висоти стиснутої зони при будь-якому армуванні має вигляд:
, (4.32)
де sR – умовні напруження в розтягнутій арматурі:
; (4.33)
sc,u – граничні напруження в арматурі стиснутої зони, які становлять 400 МПа при в2=1 і 500 МПа при в2=0,9.
При розрахунках на міцність розрахункові напруження високоміцної арматури мають помножуватися на коефіцієнт умов роботи
, (4.34)
де – граничне значення коефіцієнта s6, яке залежно від класу сталі приймають рівним: для A-IV – 1,2, для A-V, В-ІІ, Вр-ІІ, К-7 і К-19 – 1,15, для A-VI...A-VIII – 1,1.