той арматуре могут не достигнуть расчетных сопротивлений, и растянутую арматуру найдем из условия (5.7)s

..=. (5.18)

Если ZeL<.zf, из условия (5.8)

(5.19)

При втором случае (>н) расчет ведут по формулам (5.4) - (5.6), подставляя в них вместо Ra, значение Оа, определяемое по формуле (3.17):

. «аРа-К.Л-КрРб (5.21)

При расчете внецентренно-растянутых элементов не учитывают длительного действия нагрузки и гибкости элемента, поскольку в этом случае при деформации элемента эксцентрицитет продольной силы не увеличивается, а уменьшается, что в расчете прочности не учитывают.

§ 3. РАСЧЕТ ПРОЧНОСТИ

ВНЕЦЕНТРЕННО-РАСТЯНУТЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

ПО НАКЛОННЫМ СЕЧЕНИЯМ п.

Если во внецентренно-растянутом элементе действует поперечная сила, то следует иметь в виду, что при растягивающей силе N главные растягивающие напряжения больше, чем при сжимающей силе Л. Поэтому необходимо соблюдать некоторые нормативные требования.

1. Если продольная сила проходит между равнодействующими усилий в арматуре А и А, вся поперечная сила в любом наклонном сечении, направленном под углом 60° и менее к продольной оси элемента, должна быть воспринята поперечной арматурой, т. е. для таких наклонных сечений должно удовлетворяться условие

Q<qxc =-с.

(5.23)

где Q - расчетная поперечная сила; дх - усилие в хомутах иа еди-вицу длины элемента; с - проекция длины наклонного сечения на

продольную ось элемента; /?а.х -расчетное сопротивление в поперечных стержнях (хомутах); Fx - площадь сечения хомутов иа единицу длины элемента; и - шаг хомутов.

Проверку сечений, составляющих с продольной осью элемента угол более 60°, можно не производить. Длина проекции наиболее опасного наклонного сечения принимается равной с=0,6 fto.

Когда поперечные стержни не требуются по расчету, их шаг должен удовлетворять требованию «макс=0,5 hJ

2. Если продольная сила N приложена за пределами расстояния между равнодействующими усилий в арматуре А и А, расчет иаклопмых сечений должен производиться как для изгибаемых элемеитов; при этом если эксцентрицитет силы N относительно центра тяжести всего сечения бетона ео<.1,5 fto, то Qe (3.76) умножают на коэффициент

"о

(5.24)

Для несимметричных сечений, а также для любых сечений с несимметричной арматурой значение Qe рекомендуется умножать на коэффициент

l,5/io-Ср

(5.25)

при е<1,5 fto-Ср,

где Ср - расстояние от точки приложения равнодействующей внутренних растягивающих усилий во всей продольной арматуре до арматуры А.

При этом поперечная сила, воспринимаемая бетоном и хомутами:

«х.б = Vk-SR bhlq-qu, (5.26)

а длина проекции наиневыгоднейшего наклонного сечения на продольную ось

2Rbhl

(5.27)

Однако при этом несущая способность и максимальный шаг поперечных стержней (хомутов) принимают не менее значений, оговоренных в п. 1.

Прочность наклонных сечений не рассчитывают, если в сечениях по п. 2 соблюдается хотя бы одно из следующих условий:

а) значение главных растягивающих напряжений Огл.р при расчетных нагрузках не превышает Rp,

б) QkRpbho (где 1), а при сечениях по п. 1, если соблюдается первое из этих условий.

ВОПРОСЫ для САМОПРОВЕРКИ

1. Какие элементы железобетонных конструкций относятся к центрально-растянутым и внецентренно-растянутым?

2. В чем заключается особенность расчета центрально-растянутых элементов?

3. Изобразите расчетную схему внецеитренно-растянутых элементов в предельном состоянии.

4. Перечислите особенности расчета на прочность виецевтренно-растянутых элементов по наклонным сечениям.

5. В каких случаях расчет на прочность внецентренно-растянутых элементов по наклонным сечениям не производят?

Глава б

ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУИРОВАНИЯ И РАСЧЕТА ПРЕДВАРИТЕЛЬНО НАПРЯЖЕННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

§ 1. СУЩНОСТЬ ПРЕДВАРИТЕЛЬНО-НАПРЯЖЕННОГО ЖЕЛЕЗОБЕТОНА

1. Определение и область использования. Предварительно-напряженными называются такие железобетонные элементы, в которых в процессе изготовления, т.е. до приложения нагрузок, искусственно создается внутреннее напряженное состояние, заключающееся в значительном обжатии бетона, достигаемом чаще всего растяжением арматуры.

Предварительное напряжение применяют в элементах, в бетоне которых при эксплуатации возникают растягивающие напряжения: в элементах, работающих на осевое и внецентренное растяжение; изгибаемых; внецентренно-сжатых (преимущественно при больших эксцентрицитетах) .

Предварительное напряжение повышает трещино-стойкость и жесткость конструкций, создает возможность использования высокопрочной арматуры.

Известно, что предельная растяжимость бетонов не превышает 0,15-0,2 мм/м. Так как бетон и сталь рабо-

14»

тают совместно, напряжения в арматуре перед образованием трещин в бетоне составляют не более аа=еа£а= =0,О002-2-10=40 МПа, что в несколько раз меньше напряжений при эксплуатационных нагрузках. Поэтому в бетоне даже при аа = 150...170 МПа образуются трещины шириной 0,1-0,2 мм.

С увеличением напряжений в арматуре раскрытие трещин возрастает, и при напряжениях 400-500 МПа в бетоне образуются трещины недопустимой ширины, что ведет к значительному снижению жесткости эле-, ментов.

Таким образом, эффективное использование высокопрочных сталей в обычном железобетоне невозможно из-за слишком большого раскрытия трещин и связанного с этим быстрого возрастания деформаций, а также опасности коррозии арматуры.

Основное достоинство предварительно-напряженных конструкций - высокая трещиностойкость и жесткость, благодаря чему можно рационально использовать высокопрочные стали и бетоны, применение которых позволяет сократить расход арматуры на 30-70% по сравнению с обычным железобетоном.

Расход бетона и масса конструкций при этом также значительно снижаются.

В предварительно-напряженных конструкциях в настоящее время находят практическое применение бетоны марок 400, 600, 800 и арматура из проволоки с временным сопротивлением до 2000 МПа.

Применение высокопрочных материалов позволяет значительно уменьшить поперечные сечения железобетонных элементов, что ведет к их удешевлению, так как стоимости бетона и стали растут медленнее, чем их прочность.

Предварительное напряжение расширило область рационального применения железобетона, позволив увеличить пролеты конструкций.

К недостаткам предварительно-напряженных железобетонных конструкций следует отнести более высокую трудоемкость изготовления; кроме того, для изготовления их требуется специальное оборудование и высокая квалификация рабочих.

Выпуск предварительно-напряженных железобетонных конструкций в нашей стране составил: в 1972 г.- 21,9, в 1973 г. -23,4, в 1974 г. -25,5 млн. мК

10«

2. Способы изготовления предварительно-напряженных элементов. Предварительно-напряженные конструкции могут изготовляться с натяжением арматуры на упоры до бетонирования (рис. 6.1) или на бетон после его твердения (рис. 6.2).

Натяжение арматуры достигается следующими способами: механическим, электротермическим, электромеханическим и физико-химическим (самонапряжением).

Механический способ натяжения арматуры производят гидравлическими домкратами, развивающими большие усилия (500 тс и более) и позволяющими достаточно точно измерять силу натяжения, винтовыми домкратами, намоточными машинами, грузовыми натяжными машинами и др.

Наиболее широкое распространение получили гидравлические домкраты двух типов: домкраты одиночного действия и переносные домкраты двойного действия с различными тяговыми усилиями (15, 20, 60 тс), ходом поршня, размерами и массой.

Домкраты одиночного действия выполняют только одну операцию - натяжение арматуры; домкраты двойного действия - две операции: натяжение арматуры и закрепление ее в напряженном состоянии.

При натяжении арматуры домкратом одиночного действия (рис. 6.3) домкрат приставляют опорным штоком к упору стенда, к торцу опалубочной формы или к поверхности затвердевшего бетона конструкции, а захватное устройство домкрата соединяют с концами подлежащей натяжению арматуры. Затем насосом нагнетают масло в цилиндр домкрата; поршень домкрата перемещается под давлением масла и захватное устройство натягивает арматуру. После достижения в арматуре усилия заданного размера арматуру закрепляют, давление масла в цилиндре домкрата снижают до атмосферного, захватное устройство отсоединяют от арматуры и домкрат снимают.

Домкраты двойного действия (рис. 6.4), применяемые только при натяжении на бетон, снабжены двумя цилиндрами и двумя поршнями. Процесс натяжения протекает аналогично описанному с помощью одного цилиндра. После натяжения арматуры до заданного усилия включается второй цилиндр, и второй шток заклинивает натянутую арматуру в анкерной колодке при помощи клин-пробки.

♦ / 2

,>№№k\\\V№;A\\\\\\\\\\V>:« !«<NCI»a\\\\\\\\\\\\\\\\\n«

ш ш /шшт

Рис. 6.1. Схема натяжения арматуры на упоры

а - арматура на упорах лакрспле-на. натянута: Лстон нр уложен; б - бетон сатпсрлел. арматура освобождена от спя:1н С упорами: конструкция обжата: / - упоры; 2 - натяжные механизмы; 3 - напрягаемая арматура: 4-анкеры; 6 - предварительно-напряженная конструкция

Рис. 6.2. Схема натяжения арматуры на бетон

а - бетон затвердел, арматура натягивается олновремспио С обжатием бетона; () -бетон обжат, арматура заанксрепа, канал заинъе-цирован; 1 - затвердевший, но еще не обжатый бетон; 2 - напрягаемая арматура; 3 - незаинъециро-ванный канал; 4 - натяжные механизмы; 5 - предварительно-напряженная конструкция; 6 - заннъеци-рованный канал; 7 - анкеры

Рис. 6.3. Домкрат одиночного действия

Рис. 6.4. Схема домкрата двойного действия

/ - предварительно-напряженный элемент; 2 - анкерная колодка; 3 - концы арматурного пучка; 4 - упоры для закрепления концов проволоки; 5 - упоры в бетон; 6 - коническая пробка; 7, в - цилиндры для масла

is;;;