Особенности расчета балок композитного сечения

Изгибающие моменты, усилия и напряжения в элементах композитной балки следует, в общем случае, определять суммированием силовых факторов, возникающих на различных стадиях и этапах работы, соответствующих условиям возведения и загружения конструкции.

В расчетах композитных балок, выполняемых в предположении упругости бетона, следует использовать приведенные к древесине геометрические характеристики поперечных сечений этих балок.

, (52)

где Е_b - модуль упругости железобетона;

Е - модуль упругости древесины вдоль волокон.

Высота деревянного ребра принимается равной:

(1/15-1/25)l - для разрезных балок;

(1/20-1/30)l - для неразрезных балок, где l - пролет балок.

Толщина железобетонной плиты принимается равной 80-150 мм. Угол наклона вклеенных анкеров a = 30-45°.

Расстояния между осями вклеенных анкеров вдоль волокон (см. рисунок 17) следует принимать не менее:

S₁ = 14d при a = 30°;

S₂= 10d при a = 45°.

Расстояние от оси анкера до торца по направлению волокон следует принимать не менее 5d.

Расстояния в направлении поперек волокон следует принимать:

S₂ ≥ 3d - между осями анкеров;

S₃ ≥ 2d, но не менее 30 мм - от оси анкера до кромки.

Расчет ведется в 2 стадии:

1-я стадия - расчет деревянного ребра на вес железобетонной плиты;

2-я стадия - расчет на постоянные и временные нагрузки.

Напряжения по нижней грани деревянного ребра проверяют по формуле

, (53)

где - напряжение в ребре на первой стадии;

- напряжение в ребре на второй стадии;

М₁ - изгибающий момент от веса железобетонной плиты;

М₂ - изгибающий момент от расчетной нагрузки (кроме веса железобетонной плиты);

W_д - момент сопротивления деревянного ребра;

- момент сопротивления композитного сечения, приведенного к древесине;

у - расстояние от нейтральной оси приведенного сечения по нижней грани балки.

Напряжения по верхней грани железобетонной плиты проверяют по формуле

, (54)

где W_b.пр - момент сопротивления композитного сечения, приведенного к бетону;

R_b - расчетное сопротивление бетона растяжению.

Расчетная ширина железобетонной плиты принимается равной расстоянию между ребрами, но не более 1/6 пролета. При толщине плиты менее 1/10 высоты композитной балки расчетная ширина свеса принимается не более 6-кратной толщины плиты.

Требуемое число анкеров определяется из расчета на сдвиг по плоскости скалывания плиты и ребер.

Несущая способность одного анкера на сдвиг определяется по формуле

, (55)

где F_а - площадь поперечного сечения анкера;

R_а - расчетное сопротивление материала анкера на растяжение;

d - номинальный диаметр анкера;

R_b - расчетное сопротивление бетона на осевое сжатие (призменная прочность).

Классификация и область применения различных видов соединяемых элементов ДК. Основные требования предъявляемые к соединениям. Принцип дробности. Клеевые соединения. Клеерешетчатые соединения. Нагельные соединения. Расчет соединений на стальных нагелях. Расстановка нагелей. Почему нельзя учитывать в расчете одновременно равные виды связей? Гвоздевые соединения. Расчет гвоздевого соединения на выдергивание. Как работают гвозди и болты в соединениях под углом и со стальными накладками?

По характеру работы все основные соединения делятся на:

- без специальных связей (лобовые упоры, врубки);

- со связями, работающими на сжатие (шпонки колодки);

- со связями, работающими на изгиб (болты, стержни, гвозди, винты, пластинки);

- со связями, работающими на растяжение (болты, винты, хомуты);

- со связями, работающими на сдвиг-скалывание (клеевые швы).

По характеру работы соединений деревянных конструкций делятся на податливые и жесткие. Податливые изготавливаются без применения клеев. Деформации в них образуются в результате неплотностей.

Соединения элементов деревянных конструкций по способу передачи усилий разделяются на следующие виды:

1) соединения, в которых усилия передаются непосредственным упором контактных поверхностей соединяемых элементов, например примыканием в опорных частях элементов, врубкой и т.д.;

2) соединения на механических связях;

3) соединения на клеях.

Механическими в соединениях деревянных конструкций называют рабочие связи различных видов из твердых пород древесины, стали, различных сплавов или пластмасс, которые могут вставляться, врезаться, ввинчиваться или запрессовываться в тело древесины соединяемых элементов. К механическим связям, наиболее широко применяемым в современных деревянных конструкциях, относятся шпонки, нагели, болты глухари, гвозди, шурупы, шайбы шпоночного типа, нагельные пластинки и металлические зубчатые пластинки.

Несущая способность и деформативность деревянных конструкций зависит в большей мере от способа соединения их отдельных элементов. Соединения растянутых деревянных элементов как правило связано с их местным ослаблением. В ослабленном сечении растянутых деревянных элементов наблюдается концентрация опасных, не учитываемых расчетом местных напряжений. Наибольшую опасность в стыковых и узловых соединениях растянутых деревянных элементов представляют сдвигающие и раскалывающие напряжения. Она усугубляется в случае наложения этих напряжений на напряжения, которые возникают в древесине вследствие ее усушки.

Скалывание и разрыв вдоль и поперек волокон относятся к хрупким видам работы древесины. В отличие от работы строительной стали в древесине не происходит в этих случаях пластического выравнивания напряжений. Для того, чтобы уменьшить опасность последовательного, по частям, хрупкого разрушения от скалывания или разрыва в растянутых элементах деревянных конструкций, приходится обезвреживать природную хрупкость древесины вязкой податливостью работы их соединений. К наиболее вязким видам работы древесины, характеризуемой наибольшим количеством работы прочного сопротивления, относится смятие. Другими словами, требование вязкости, предъявляемое к соединениям всех видов элементов деревянных конструкций, сводится к требованию обеспечения выравнивания напряжений в параллельно работающих брусьях или досках, использованием вязкой податливости работы древесины на смятие, прежде чем могло бы произойти хрупкое разрушение от разрыва или скалывания.

Для придания вязкости соединениям растянутых деревянных элементов как правило используют принцип дробности, позволяющий избежать опасности скалывания древесины увеличением площади скалывания (нарисовать соединение с одним болтом и с несколькими меньшего диаметра).

Клеевые соединения являются наиболее эффективными, универсальными и распространенными соединениями пластмасс. Дают возможность склеивать любые материалы си пластмассы. Недостаток клеевого соединения: малая прочность на поперечное растяжение – отрыв и ограниченная теплостойкость. Применяются термореактивные и термопластичные клеи.

Для клеевых соединений учитываются коэффициенты условия работы: температурный фактор; влажностные условия; атмосферные условия.

А- типы соединений; 1 – внахлестку; 2 – с одной накладкой; 3 – с двумя накладками; б – работа соединений: 4 – на сдвиг; 5 – на отрыв; : - неравномерный отрыв; с – клеевые швы

Клееметаллические соединения являются комбинированными, состоящими из точечных металлических соединений и клеевой прослойки, располагающейся вдоль всего шва. Различают клеесварные, клеевинтовые, клеезаклепочные. Они имеют более высокую прочность при неравномерном отрыве. При сдвиге более прочны, чем металлические соединения. Прочность клееметаллических соединений при сдвиге определяется как прочность заклепки, винта или сварной точки, умноженной на коэффициент 1,25-2, учитывающий работу клея. Прочность заклепки, винта определяется из условия смятия или среза, а прочность сварной точки из условия среза.

Клеештыревые соединения (соединения на вклеенных стальных стержнях, работающих на выдергивание или продавливание) разработаны в последние годы. Клеештыревой стык весьма перспективен для соединений элементов рам, арок и балок большого пролета, монтируемых из крупных клееных блоков. На торцах соединяемых блоков сверлятся отверстия (или фрезеруются пазы), в которые закладываются и вклеиваются штыри из арматуры периодического профиля диаметром 12—25 мм (рис. 20.6).
Диаметры отверстий и размеры пазов должны быть больше номинальных диаметров вклеиваемых штырей на 5 мм. Предварительно очищенные и обезжиренные штыри вклеивают составами на основе эпоксидных смол. Длина заделываемой части штыря определяется по расчету (п. 5.32 Норм [1]), но не менее 10rf и не более 30d, где
Шурупы — винты диаметром меньше 12 мм, завинчиваемые отверткой; глухари — винты диаметром 12—20 мм, завинчиваемые ключом.