🗊Презентация Строительные конструкции. Расчет прочности сжатых элементов с косвенным армированием. (Лекция 4)

Лекция 4 Расчет прочности сжатых элементов с косвенным армированием

План 1. Сжатые элементы, усиленные косвенным армированием. 2. Сжатые элементы с жесткой арматурой.

Сжатые элементы, усиленные косвенным армированием. В случае если в коротком сжатом элементе установить поперечную арматуру, способную эффективно сдерживать поперечные деформации, этим можно существенно увеличить его несущую способность. Такое армирование принято называть косвенным. Для круглых и многоугольных поперечных сечений применяют косвенное армирование в виде спиралей или сварных колец (рис. 49, а), для прямоугольных сечений – в виде часто размещенных поперечных сварных сеток (рис. 49, б). Косвенное армирование применяют вблизи стыков сборных колонн, под анкерами и в зоне анкеровки предварительно напряженной арматуры для местного усиления.  Это объясняется повышенным сопротивлением бетона сжатию в пределах ядра, заключенного внутри спирали или сварной сетки. Спирали, кольца, сетки подобно обойме сдерживают поперечные деформации бетона, возникающие при продольном сжатии, и тем самым обуславливают повышенное сопротивление бетона продольному сжатию.

Сжатые элементы, усиленные косвенным армированием а- спиралями или кольцами, б – сварными сетками

Косвенное армирование Для повышения прочности бетона можно применить косвенное армирование. Несущая способность повышается за счет расположения поперечной арматуры с малым шагом как по длине элемента, так и по его сечению. Косвенная арматура в виде поперечных сварных сеток или спиралей, охватывающих снаружи продольные стержни, препятствует поперечному расширению бетона и повышает его сопротивление продольному сжатию. Разрушение элемента происходит, когда косвенная арматура достигает предела текучести. Следует, однако, помнить, что сетки косвенного армирования затрудняют укладку и уплотнение бетона. Кроме того, косвенное армирование эффективно только при малых эксцентриситетах и при небольшой гибкости элементов.

Косвенной арматурой называется специальная поперечная арматура, которая позволяет значительно повысить несущую способность сжатых элементов. Косвенная арматура элементов прямоугольного сечения устраивается в виде часто расположенных сварных сеток в количестве не менее 4-х. Поперечно связанные сетки используются для усиления бетона при местном сжатии в зоне приложения наибольшей нагрузки. Сущность работы косвенной арматуры состоит в следующем: при продольном приложении нагрузки в элементах возникают поперечные растягивающие деформации, которые приводят к образованию продольных трещин в бетоне. Косвенная арматура работает на растяжение и сдерживает поперечные деформации бетона, повышая тем самым его несущую способность. Сварные сетки косвенного армирования выполняют из стали классов АI, AIII и BpI ¯ 3...10мм.  Расстояние между стержнями сеток принимается от 45 до 100 мм. Сетки следует располагать на участке, называемом зоной усиления L, который равен 10d,  где d-диаметр продольной арматуры. Расстояние до 1-ой сетки Sl назначается от 10...40мм. Расстояние между сетками S2 назначается таким (в пределах от 60 до 150мм), чтобы оно делилось на 3. S2 = (L–S1)/3

Пример 1) Диаметр продольной арматуры по расчету получился 28мм. Тогда зона усиления L=10d; L=10х28=280мм. Принимаем S1 равным 10мм или 40мм, тогда S2=(280-10 )/3=90мм или S2=(280-40)/3=80мм., что в пределах от 60 до 150мм. 2) Диаметр продольной арматуры по расчету получился 12мм. Тогда зона усиления L=10d; L=10х12=120мм. Принимаем S1 равным 30мм, тогда S2=(120-30)/3=30мм, что меньше минимального расстояния 60мм, поэтому принимаем S2 равным 60мм.

Расчет прочности сжатых элементов с косвенной арматурой При расчете прочности сжатых элементов с косвенной арматурой учитывают лишь часть бетонного сечения Aef, ограниченную крайними стержнями сеток, кольцами или спиральной арматурой. Вместо сопротивления Rb применяют приведенное сопротивление Rb,red, которое определяется при армировании сварными сетками, как: Rb,red = Rb + φµx,y Rs,xy где Rs,xy – расчетное сопротивление арматуры сеток; - коэффициент косвенного армирования сетками, где n- соответственно число стержней, A - площадь поперечного сечения lх- длина стержня сетки (в осях крайних стержней) в одном направлении (рис. 49, б); ly- то же, в другом направлении; Aef – площадь сечения бетона, заключенного внутри контура сеток; s – расстояние между сетками; φ – коэффициент эффективности косвенного армирования, определяемый по формуле: , где ,  Rs,xy и Rb в МПа.

Сжатые элементы с жесткой (несущей) арматурой Сжатые элементы с несущей арматурой применяют в монолитных железобетонных конструкциях, для возведе­ния которых требуется устройство сложных лесов. Такие условия встречаются, в частности, при возведении карка­сов гражданских зданий особо большой этажности. В процессе строительства несущая арматура использу­ется вместо лесов для поддержания нагрузки от опалуб­ки, свежего бетона и всех монтажных устройств. После приобретения бетоном достаточной прочности несущая арматура включается в работу в составе железобетонного сечения конструкции. Наиболее целесообразно применять несущую армату­ру в конструкциях, собственный вес которых не превы­шает 25% полной нагрузки; в этом случае перерасход стали или совсем отсутствует, или незначителен и оку­пается экономией на лесах.

Типы колонн с несущей жесткой арматурой 1 —жесткий профиль; 2 — арматурные стержни; 3 — соединительные планки

Колонны с жесткой (несущей) армату­рой из сварных каркасов. Продольные элементы каркасов а — из фасонного и круглого проката; б — из круглого проката

Конструирование сжатого элемента В качестве жесткой несущей арматуры используют прокатную сталь: двутаврового, швеллерного, крупного уголкового профиля, т. е. жесткую арматуру, или крупные круглые стержни и мелкий уголковый профиль — сварные кар­касы. Типы колонн с жесткой арматурой показаны на слайде 10. Отдельные профили соединяют планками или ре­шеткой. Сечение жесткой арматуры принимают наимень­шим, по условию восприятия нагрузок в процессе строи­тельства — обычно в пределах 3—8 % площади бетона поперечного сечения элементов. Во избежание отслое­ния бетона насыщение арматурой поперечного сечения не должно превышать 15%. При большем проценте арми­рования считают, что бетон может выполнять только функции защитной неработающей оболочки. Класс бето­на должен быть не ниже В15. Элемент необходимо снаб­жать поперечной арматурой. Если нужна дополнительная гибкая арматура, то ее размещают по периметру сечения и конструируют по об­щим правилам. Это могут быть отдельные стержни или плоские сварные каркасы. Если расчетное армирование осуществляется одной только жесткой арматурой, то по контуру сечения устанавливают легкие сварные сетки с монтажными стержнями по углам. Защитный слой бетона для прокатных профилей и расстояния между профилями назначают как показано на слайде 10; при приведенных размерах обеспечивается высокое качество бе­тонирования.

Конструирование сжатого элемента Несущую арматуру в виде сварных каркасов конст­руируют из круглой и мелкой фасонной стали, объединяя плоские сварные каркасы в пространственные устойчи­вые арматурные блоки (слайд 11). При этом основные продольные стержни раскрепляют поперечными и на­клонными стержнями (слайд 10, б, в) не реже чем че­рез 20d (все сварные швы должны быть двусторонними), а дополнительные круглые стержни не реже чем через 15d приваривают к решетке несущего каркаса (слайд 10, а) или укрепляют дополнительными хомутами. Несущую арматуру рассчитывают по нормам проек­тирования стальных конструкций на нагрузки, возмож­ные в период возведения сооружения до отвердения бе­тона (учитываемые как особо кратковременные нагруз­ки). На последующие нагрузки бетон работает совмест­но с несущей арматурой. Полная эксплуатационная на­грузка на сооружение может быть передана лишь тогда, когда бетон достигает проектной прочности. На полную расчетную нагрузку железобетонную конструкцию с несущей арматурой рассчитывают как обычно с учетом сечения всей несущей и дополнительной гибкой арма­туры.

К расчету внецентренно сжатых элементов с жесткой арматурой - стенки стального профиля пересечены границей сжатой зоны

Экспериментальные исследования показали, что в правильно запроектированных конструкциях жесткая ар­матура: Экспериментальные исследования показали, что в правильно запроектированных конструкциях жесткая ар­матура: может работать совместно с бетоном вплоть до разрушения; напряжение в ней достигает предела теку­чести; начальные напряжения, возникающие в несущей арматуре в процессе возведения, не снижают конечной прочности железобетонного элемента. При расчете внецентренно сжатых элементов с жест­кой арматурой площадь сечения бетона сжатой зоны принимают за вычетом площади, занятой арматурой, что равносильно снижению расчетного сопротивления жест­кой арматуры этой зоны до значения:  Rs—Rb. Внецентренно сжатые элементы с жесткой арматурой из профилей, стенки которых расположены параллельно плоскости изгиба и занимают значительную часть высо­ты сечения элемента (слайд 14). При этом в случае применения жесткой арматуры из стали, обладающей физическим пределом текучести, мо­жно считать, что во всем сечении жесткой арматуры (в том числе и в стенках профилей) напряжения посто­янны и равны расчетному сопротивлению Rs, как пока­зано на слайде 14