Элементы прямоугольного сечения с одиночным армированием
Прочность изгибаемых железобетонных элементов любого симметричного профиля по нормальным сечениям, согласно первой группе предельных состояний, рассчитывают по III стадии напряженно-деформированного состояния. В расчетной схеме усилий принимают, что на элемент действует изгибающий момент М, вычисляемый от расчетных значений нагрузок, а в арматуре и бетоне действуют усилия, соответствующие напряжениям, равным расчетным сопротивлениям.
Рис. 9. Расчетная схема усилий в нормальном сечении изгибаемого железобетонного элемента прямоугольного профиля при расчете прочности
В целом при выводе расчетных зависимостей принимаются следующие расчетные предпосылки: 1) в бетоне сжатой зоны криволинейную эпюру напряжений заменяют прямоугольной, что несущественно влияет на результаты расчета; величина напряжений в сжатом бетоне принимается равной Rb – расчетному сопротивлению бетона при сжатии; 2) работой растянутого бетона пренебрегают полностью, что соответствует стадии разрушения конструкции; 3) все растяжение в стадии Ш воспринимает арматура; при этом напряжения в растянутой арматуре принимают равными расчетному сопротивлению стали Rs; 4) в основу расчета принят первый случай разрушения, как для нормально армированного сечения, то есть принято выполняющимся условие: x £ xR.
Здесь x=х ¤ ho ¾ относительная высота сжатого бетона xR Значение относительной граничной высоты сжатой зоны xR для прямоугольных, тавровых и двутавровых сечений определяют по формуле (25) СНиП 2.03.01-84 как: xR=w/(1+(1-w/1.1)ssR/sscu). Равнодействующие нормальных напряжений в арматуре и бетоне равны, соответственно: Ns=RsAs; Nb=RbAb; где Ab = b× x представляет собой площадь сжатой зоны бетона.
В соответствии с общими условиями МПС прочность элемента достаточна, если внешний расчетный изгибающий момент М не превосходит расчетной несущей способности сечения выраженной в виде обратно направленного момента внутренних сил Мper, то есть T(g, v, gn, C)£ Тper(S, Rb, gbi, Rs, gsi), где T(g, v, gn, C = М; Тper(S, Rb, gbi, Rs, gsi) = Мper. Для определения расчетного выражения для Мper используем закон равновесия моментов в сечении, известный из «Строительной механики»: S Мi = 0. Если указанный закон записать относительно оси, проходящей через точку приложения равнодействующей усилий во всей растянутой арматуре, то условие прочности выразится неравенством M £ Rb × × b × x× (ho – 0, 5x) (1)
Полученное выражение и будет искомым условием прочности нормального сечения изгибаемого железобетонного элемента с одиночным армированием. Если применить закон равновесия моментов относительно центра тяжести сжатой зоны бетона (то есть точки приложения равнодействующего усилия в сжатом бетоне), то условие прочности выразится неравенством другого вида: M £ Rs× × As × (ho – 0, 5x) (2)
Здесь zb = ho – 0.5x представляет собой плечо внутренней пары сил (см. рис.9).
Для практического применения формулы прочности (1) либо (2) необходимо вначале определить высоту сжатого бетона Х. Для решения этой проблемы удобно воспользоваться условием равновесия продольных сил в сечении изгибаемого элемента SNi = 0. Из расчетной схемы рис. 9 по этому закону получим:
b x Rb = Rs× × As . (3)
Отсюда легко может быть найдена высота сжатого бетона х =
Для обеспечения требования СНиП необходимо выыплнить проверку: x =
Только в том случае, когда указанное условие выполнено, найденное значение х может быть подставлено в условие прочности (1) либо (2), приведенные выше, для проверки прочности сечения. Если условие прочности выполнено, прочность обеспечена, то есть элемент не разрушится при действие на сечение внешнего момента М. В противном случае элемент разрушится при действии на сечение момента М. Следует обратить внимание, что проверяют лишь одно из условий прочности, так как они тождественны.
Примечание. На этом вывод условия прочности заканчивается. Далее будет рассмотрено, как пользоваться полученными формулами при решении практических задач. Для удобства расчетов при проектировании конструкций составлены таблицы, в которые вошли значения таких расчетных параметров: - относительная высота сжатого бетона x; - относительное плечо внутренней пары сил h = 1 – 0.5 x; - коэффициент am = x(1 - 0.5x), характеризующий напряженность сечения.
Следует отметить, что все указанные параметры взаимосвязаны с помощью приведенных зависимостей, поэтому при выполнении расчетов очень удобно по одной из величин, найденной в процессе расчета, из таблиц находить соответствующие два других параметра. Фрагмент таблицы поможет понять, как это делать:
Для промежуточных значений применять интерполяцию.
Используя полученные относительные величины x, h, am, расчетные формулы прочности (1 ¸ 2) преобразовывают к виду: M £ am× Rb × × b × ho2 (1а)
M £ Rs× × As × ho × h (2а)
|
Rb b
x Rbbx x
M Zb hо h
As as
Вывод условия прочности.
(4).
. (5)
