Внецентренно сжатые элементы
Случайный эксцентриситет. Учет влияния прогиба элемента. При расчете по прочности железобетонных элементов на воздействие продольной сжимающей силы должен приниматься во внимание случайный эксцентриситет еа, обусловленный неучтенными в расчете такими факторами, например, как допуски в размерах поперечных сечений и возможность добавочного эксцентриситета вследствие некоторого смещения арматуры, несоответствия в проектных и фактических значениях механических характеристик бетона и его неоднородность, вызванная вибрированием, дефекты бетонирования, смешение элементов на опорах из-за неточностей монтажа и т. д.
Эксцентриситет в любом случае принимают не менее 1/600 всей длины элемента или длины его части (между точками закрепления элемента), учитываемой в расчете; и не менее 1/30 высоты сечения элемента. Кроме того, для конструкций, образуемых из сборных элементов, следует учитывать возможное взаимное смещение элементов, зависящее от вида конструкции, способа монтажа и т. п. Для таких конструкций при отсутствии экспериментально обоснованных значений случайного эксцентриситета их следует принимать не менее 10 мм. Для элементов статически неопределимых конструкций (в том числе для колонн каркасных зданий) значение эксцентриситета продольной силы относительно центра тяжести приведенного сечения принимают равным эксцентриситету, полученному из статического расчета конструкции. В элементах статически определимых конструкций (например, фахверковые стойки, стойки ЛЭП) эксцентриситет находят как сумму эксцентриситетов — определяемого из статического расчета конструкции и случайного.
Расчет внецентренно сжатых элементов выполняют с учетом влияния прогиба элемента как в плоскости эксцентриситета продольной силы (в плоскости изгиба), так и в нормальной к ней плоскости. В последнем случае принимают, что продольная сила приложена с эксцентриситетом е0, равным случайному эксцентриситету еа.
Влияние прогиба элемента на эксцентриситет продольного усилия следует учитывать расчетом конструкций по деформированной схеме, принимая во внимание неупругие деформации материалов и наличие трещин. Такой расчет производят обычными методами строительной механики, однако при определении деформаций от единичных и внешних усилий в основной системе метода сил следует учитывать добавочные моменты, равные произведению продольной силы па прогиб элемента в данном сечении. Поскольку прогибы до расчета неизвестны, они должны отыскиваться последовательными приближениями. Допускается рассчитывать конструкции по недеформированной схеме, учитывая влияние прогиба элемента умножением эксцентриситета на коэффициент, определяемый по формуле (4.17), где N — условная критическая сила, отражающая напряженно-деформированное состояние стержня в предельном состоянии в зависимости от геометрических характеристик, деформативных свойств бетона и арматуры, эксцентриситета продольной силы, продолжительности действия нагрузки и предварительного напряжения арматуры.
В общем случае
Расчет из плоскости изгиба можно не прои вводить, если гибкость элемента в плоскости изгиба превышает гибкость в плоскости, нормальной к плоскости изгиба.
При расчетных эксцентриситетах в двух направлениях коэффициент определяют отдельно для каждого направления и умножают на соответствующий эксцентриситет.
При наличии расчетных эксцентриситетов в двух направлениях производят расчет на косое внецентренно сжатие.
При расчете внецентренно сжатых железобетонных элементов, имеющих несмещаемые опоры (например, фахверковые стойки, сжатые элементы раскосных ферм), элементов, не связанных с другими конструкциями (например, стойки ЛЭП), а также если расчетные моменты в сжатом элементе вызваны вынужденными деформациями от температурных воздействий, смещений связевых диафрагм, удлинений затяжек арок и т.п. (например, колонны связевых каркасов), значения коэффициента принимают:
а) для сечений в средней трети длины элемента — по формуле (4.17);
б) для сечений в пределах крайней трети длины элемента — линейной интерполяцией.
При расчете колонн многоэтажных симметричных рам с жесткими узлами и при равном числе пролетов на каждом этаже допускается окончательные моменты для сечений в пределах крайних третей длины колонны принимать равными
Расчетные длины внецентренно сжатых железобетонных элементов рекомендуется определять как для элементов рамной конструкции с учетом ее деформированного состояния при наиболее невыгодном для данного элемента расположении нагрузки, принимая во внимание неупругие деформации бетона и арматуры и наличие трещин.
Для элементов наиболее часто встречающихся конструкций расчетные длины допускается принимать равными:
а) для колонн многоэтажных зданий при числе пролетов не менее двух и соединениях ригелей и колонн, рассчитываемых как жесткие, при конструкциях сборных перекрытий — Н, монолитных — 0,7Н, где Н — высота этажа (расстояние между центрами узлов);
б) для колонн одноэтажных зданий с шарнирным опиранием несущих конструкций покрытий, жестких в своей плоскости (способных передавать горизонтальные усилия), а также для эстакад — по табл. 4.3;
в) для элементов ферм и арок — по табл. 4.4.
Коэффициент условий работы высокопрочной арматуры определяемый по формуле (4.30), учитывают в расчетах внецентренно сжатых элементов.
Расчет элементов прямоугольного сечения с симметричной арматурой. Такие элементы получили в практике строительства наибольшее распространение. Их применяют при знакопеременных моментах примерно одного значения, при малых эксцентриситетах, когда все сечение сжато, в гладких без консолей колоннах, когда противоположные стороны при бетонировании или монтаже можно перепутать. Кроме того, играет роль простота конструкции и изготовления, при которых экономия на трудозатратах может покрыть небольшой перерасход арматуры.
Проверку прочности прямоугольных сечений с симметричной напрягаемой и ненапрягаемой арматурой, сосредоточенной у наиболее сжатой и растянутой (менее сжатой) грани элемента (рис. 4.8), производят в зависимости от высоты сжатой зоны
прочности нормальных сечений, положены следующие дополнительные допущения:
эпюра напряжений в арматуре сжатой зоны от внешних воздействий прямоугольная с напряжением R;
эпюра предварительного напряжения в напрягаемой арматуре всего сечения прямоугольная;
напряжения от внешних воздействий в арматуре растянутой зоны переменные и соответствуют линейному распределению приращений деформаций от указанных воздействий по высоте сечения элемента.
Последнюю предпосылку учитывают в расчете с помощью равнодействующей усилий в арматуре растянутой зоны, значение и положение которой зависят от относительной площади сжатой зоны бетона, вида арматуры и ее предварительного напряжения.
Проверку прочности кольцевых сечений с напрягаемой и ненапрягаемой арматурой, равномерно распределенной по окружности (при числе продольных стержней, равноудаленных от центра сечения, не менее шести), при соотношении внутреннего и наружного радиусов производят из условия
Указанное ограничение обусловлено тем, что в элементах большой гибкости повышенная прочность сжатого бетона не может быть реализована.
Более высокая прочность бетона (приведенная призменная прочность) в элементах с косвенным армированием обусловлена эффектом его бокового обжатия, возникающего в результате сопротивления косвенной арматуры развитию поперечных деформаций бетона. Поскольку указанный эффект проявляется в различной степени в зависимости от вида косвенного армирования, различны и формулы для определения приведенной призменной прочности.
При косом внецентренном сжатии для определения положения границы сжатой зоны кроме использования формул (4.185), (4.66), (4.67) требуется соблюдение дополнительного условия, чтобы точки приложения внешней продольной силы, равнодействующей сжимающих усилий в бетоне и арматуре и равнодействующей усилий в растянутой арматуре лежали на одной прямой (рис. 4.14).
Расчет элементов на воздействие предварительного обжатия. Специфической особенностью предварительно напряженных железобетонных конструкций является необходимость их расчета на обжатие усилиями напрягаемой арматуры с учетом, в необходимых случаях, усилий от нагрузок, действующих в стадии изготовления (вес элемента, монтажные нагрузки). Это обусловлено тем, что в процессе отпуска арматуры, натянутой на упоры, или при натяжении арматуры на бетон предварительно напрягаемый элемент конструкции может разрушиться, если его прочность окажется недостаточной (низкая прочность бетона, недостаточная площадь поперечного сечения и т.п.).
При расчете элементов на воздействие предварительного обжатия с учетом нагрузок, действующих в стадии изготовления, усилие в напрягаемой арматуре N вводится в расчет как внешняя нагрузка.
При натяжении на бетон арматуры, расположенной в закрытых каналах и не смещаемой по поперечному сечению, влияние прогиба элемента не учитывается.
Голышев А.Б., Бачинский В.Я., Полищук В.П., Железобетонные конструкции, Киев, 2001