9.Три задачи расчета строительных конструкций: статическая, геометрическая и физическая.

Статически неопределимыми называются такие конструкции, в элементах которых при помощи только одних уравнений статики определить усилия невозможно. Кроме уравнений статики для расчета таких систем (конструкций) необходимо использовать также уравнения, содержащие деформации элементов конструкций.

Схемы некоторых статически неопределимых конструкций изображены на рис.1: а — стержневой подвески; б — стержня, закрепленного обоими концами; в — стержневого кронштейна; г — составного кольца; д — железобетонной колонны; е — шарнирно-стержневой системы.

Рисунок 1 - Схемы некоторых статически неопределимых конструкций

Все статически неопределимые конструкции имеют дополнительные, или так называемые «лишние», связи в виде закреплений, стержней либо других элементов. Лишними такие связи называют потому, что они не являются безусловно необходимыми для обеспечения равновесия конструкции и ее геометрической неизменяемости, хотя постановка их диктуется условиями эксплуатации. По условиям прочности и жесткости конструкции лишние связи могут оказаться необходимыми.

В статически неопределимых конструкциях число неизвестных, подлежащих определению, больше, чем число уравнений статики, которые могут быть для этой цели использованы. Разность между числом неизвестных и числом уравнений статики определяет число лишних неизвестных, или степень статической неопределимости конструкции. При одной лишней неизвестной конструкция называется один раз статически неопределимой, при двух — дважды статически неопределимой и т. д. Конструкции, изображенные на рис.1,а,б,г-е, имеющие по одной дополнительной связи, являются один раз статически неопределимыми, а конструкция, представленная на рис.1,в, имеющая две лишние связи,— дважды статически неопределимой.

Решение статически неопределимых задач. Статически неопределимые конструкции, элементы которых работают на растяжение и сжатие, будем рассчитывать, решая совместно уравнения, полученные в результате рассмотрения статической, геометрической и физической сторон задачи. При этом будем придерживаться следующего порядка:

1. Статическая сторона задачи. Составляем уравнения равновесия отсеченных элементов конструкции, содержащие неизвестные усилия.

2. Геометрическая сторона задачи. Рассматривая систему в деформированном состоянии, устанавливаем связи между деформациями или перемещениями отдельных элементов конструкции. Полученные уравнения называются уравнениями совместности деформаций.

3. Физическая сторона задачи. На основании закона Гука выражаем перемещения или деформации элементов конструкции через действующие в них неизвестные усилия. В случае изменения температуры к деформациям, вызванным усилиями, добавляются температурные деформации.

4.Синтез. Решая совместно статические, геометрические и физические уравнения, находим неизвестные усилия.

14. Особенности проектирования предварительно напряженных жбк

Под предварительно напряженными понимают железобетонные конструкции, элементы, изделия, в которых предварительно, т. е. в процессе изготовления, искусственно созданы в соответствии с расчетом начальные напряжения растяжения в части или во всей рабочей арматуре и обжатие всего или части бетона.

Обжатие бетона в предварительно напряженных конструкциях на заданную величину осуществляется предварительно натянутой арматурой, стремящейся после отпуска натяжных устройств возвратиться в первоначальное состояние. При этом проскальзывание арматуры в бетоне исключается их взаимным естественным сцеплением, а при недостаточности естественного сцепления - специальной искусственной анкеровкой торцов арматуры в бетоне. Начальное предварительное напряжение арматуры, создаваемое в результате искусственного натяжения арматуры, после отпуска натяжных устройств снижается за счет относительного упругого обжатия бетона. С течением длительного времени потери предварительного напряжения арматуры существенно увеличиваются за счет усадки и ползучести бетона и арматуры, релаксации напряжений арматуры и многих других факторов.

Сущность предварительно напряженных железобетонных конструкций нетрудно проследить, например, посредством сопоставления диаграмм, центральнорастянутых элементов соответственно с напрягаемой и ненапрягаемой арматурой. Арматура, стараясь возвратиться в первоначальное положение, обжимает бетон с напряжением.

Установившееся предварительное напряжение растяжения в арматуре, будет уравновешиваться напряжением предварительного обжатия бетона. С этими предварительными напряжениями в арматуре и в бетоне железобетонный элемент поступает на строительную площадку. В последние годы применение предварительного напряжения стало одним из направлений совершенствования железобетонных конструкций. Оно позволяет уменьшить расход стали до 50% за счет использования арматуры высокой прочности; отдалить момент образования трещин в растянутых зонах элементов; ограничивать ширину их раскрытия; повысить жесткость и уменьшить прогибы; повысить выносливость конструкций при работе на воздействие многократно повторяющихся нагрузок; увеличить срок службы при эксплуатации в агрессивных средах; уменьшить расход бетона и снизить массу конструкций; расширить область применения железобетона, заменяя им дефицитную сталь в таких конструкциях, как напорные трубопроводы, резервуары, шпалы и т. п.

Указанные достоинства настолько значительны, что, несмотря на большую трудоемкость процесса изготовления, усложнение конструкции опалубки, опасность разрушения бетона в момент отпуска натяжных устройств, опасность проскальзывания арматуры вследствие нарушения сцепления с бетоном, предварительно напряженные конструкции выгодны и находят все более широкое применение в строительстве.

Предварительное обжатие конструкций выполняют в основном двумя способами: натяжением арматуры на упоры (до бетонирования) и на бетон (после бетонирования и затвердения бетона). Наибольшее распространение получил способ натяжения арматуры на упоры, потому что он в большинстве случаев оказывается более экономичным при массовом заводском производстве. Этот способ применяют в конструкциях малых и средних размеров, изготовляемых в заводских условиях. Арматуру укладывают в форму, натягивают до заданного напряжения и закрепляют на упорах стенда. После бетонирования и приобретения бетоном передаточной прочности, назначаемой не менее 11 МПа и не менее 50% принятого класса бетона, арматура освобождается от связи с упорами и, стремясь возвратиться к первоначальному состоянию, обжимает бетон.

Передаточная прочность равна кубиковой прочности в момент обжатия бетона. При натяжении на упоры стержней периодического профиля и канатов при достаточно высоком классе бетона (В25 и более) анкеровка арматуры обеспечивается ее сцеплением с бетоном. Высокопрочная проволока класса Вр-П должна закрепляться в бетоне с помощью специальных анкеров — колец с коротышами и т. п.

Устройство анкеров на торцах элемента всегда необходимо при натяжении арматуры на бетон. Типы анкеров весьма разнообразны и выбираются исходя из производственных возможностей, вида арматуры и арматурных изделий. Для стержневой арматуры используют анкеры с обжатыми шайбами, приваренными коротышами, высаженными головками, анкеры в виде гаек, навинчиваемых на нарезной конец стержня, и др. Наиболее рациональными являются анкеры в виде наконечников с обжатыми шайбами, так как при их применении отсутствуют горячие процессы, и прочностные свойства арматуры вблизи анкеров не снижаются за счет ее отжига.

Для предотвращения продольных трещин, раскола и нарушения сцепления арматуры с бетоном при ее отпуске приопорные участки элемента усиливаются путем увеличения их поперечного сечения, устройства поперечной и косвенной арматуры, охватывающей все продольные стержни.