ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТА ПРОЧНОСТИ СЖАТЫХ ЭЛЕМЕНТОВ СО СЛУЧАЙНЫМ ЭКСЦЕНТРИСИТЕТОМ

Экспериментальные исследования показали, что сопротивление коротких центрально сжатых элементов внешнему усилию складывается из сопротивления бетона и продольной арматуры. При этом бетон обычно достигает своего предела прочности, а арматура – предела текучести в стадии разрушения. Это обусловлено достаточно большими неупругими деформациями сильно напряженного бетона. На несущую способность длинных – гибких сжатых элементов заметное влияние оказывают случайные эксцентриситеты, явление продольного изгиба, длительность нагрузки. Согласно СНиП2.03.01-84^* случайные эксцентриситеты должны приниматься равными большему из следующих значений: 1/30 от высоты сечения элемента; 1/600 от длины элемента; 1 см. Случайные эксцентриситеты возникают практически всегда вследствие того, что геометрическая ось центра тяжести сечения может не совпадать с физической из-за неоднородности бетона, из-за неточности монтажа сборных элементов. Экспериментально установлено, что элементы прямоугольного сечения с симметричным армированием стержнями классов А-I, А-II, А-III, Вр-I при и расчетном эксцентриситете в практике проектирования можно рассчитывать по несущей способности, то есть по прочности как центрально сжатые, согласно условию, полученному из уравнения равновесия в проекциях усилий на продольную ось (рис. 20.1):

, (20.1) где продольное сжимающее усилие от расчетных нагрузок; площадь сечения элемента; ширина и высота поперечного сечения; коэффициент условия работы сечения, принимаемый равным при см и при см; коэффициент, учитывающий гибкость элемента, длительность нагрузки и характера армирования:

, (20.2) где и расчетные коэффициент, определяемые по таблицам 26, 27 «Пособия по проектированию бетонных и железобетонных конструкций из тяжелых и легких бетонов без предварительного напряжения арматуры к СНиП2.03.01-84» в зависимости от отношения и , продольная сжимающая сила от действия постоянных и длительных нагрузок, сжимающая сила от всех нагрузок.

В условии (20.1) или половина площади сечения всей арматуры в поперечном сечении элемента, включая и промежуточные стержни 3 (рис. 20.1), расположенные у граней, параллельных рассматриваемой плоскости. Следует отметить, что коэффициент определяется в зависимости от содержания в сечении промежуточных стержней 3. Так если площадь промежуточных стержней меньше площади всех стержней, то коэффициент определяется по первой части таблицы 27 [7], а если больше, то по второй.

При расчете условно центрально сжатых элементов встречаются два типа задач: а) известно: . Требуется определить размеры сечения , площадь сечения арматуры ; б) известно: , . Требуется проверить несущую способность сечения.

Решения задач производится по алгоритмам, приведенным в блок-схемах 20.1 и 20.2. Причем задачи первого типа решаются последовательными приближениями.

20.2. ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ ВНЕЦЕНТРЕННО СЖАТЫХ

ЭЛЕМЕНТОВ

Внецентренно сжатие возникает в тех случаях, когда продольная сила действует с эксцентриситетом относительно геометрической оси. Такое внецентренное сжатие сводится к осевому сжатию силой совместно с изгибом моментом . В свою очередь действие осевого усилия и момента можно интерпретировать как внецентренное сжатие с эксцентриситетом (рис. 20.2).

Экспериментальные исследования показали, что распределение напряжений в элементе зависит от длительности действия нагрузки. При кратковременном приложении нагрузки напряжения распределяются близко к линейному закону, а деформации практически упруги. При длительном действии нагрузки происходит перераспределение напряжений между бетоном и арматурой. Существенную роль в этом случае играют неупругие деформации. Характер работы внецентренно сжатых элементов при разрушении зависит от величины эксцентриситета.

В практике проектирования принято различать малые и большие эксцентриситеты, СНиП рекомендует считать элементы загруженные с малым эксцентриситетом в том случае, если , и с большими – если . Для грубой оценки работы внецентренно сжатых элементов иногда используют условия: малые эксцентриситеты и большие.

Рассмотрим характер работы внецентренно сжатых элементов в стадии разрушения при больших эксцентриситетах. В этом случае часть сечения, расположенная ближе к линии действия сжимающей силы испытывает сжатие, а другая часть сечения, удаленная от линии действия этой силы испытывает растяжение. Разрушение начинается с растянутой арматуры и завершается преодолением сопротивления бетона и арматуры сжатой зоны при постоянном напряжении в растянутой арматуре равном пределу текучести , если арматура имеет физический предел текучести или при возрастающем напряжении, если арматура не имеет физического предела текучести. В этом случае характер работы при внецентренном сжатии аналогичен работе изгибаемых элементов с оптимальным содержанием арматуры (рис. 20.3). При малых эксцентриситетах разрушение начинается с преодоления сопротивления более напряженной части сжатой зоны бетона, расположенной ближе к продольной силе. При этом напряжения в менее напряженной части сечения удаленной от линии действия продольной силы , могут быть как растягивающими, так и сжимающими. Причем прочность этой зоны полностью не используется. Характер работы элементов сжатых с малыми эксцентриситетами аналогичен работе переармированных изгибаемых конструкций (рис. 20.4).

20.3. УЧЕТ ВЛИЯНИЯ ПРОДОЛЬНОГО ИЗГИБА НА УВЕЛИЧЕНИЕ ЭКСЦЕНТРИСИТЕТА

Под действием изгибающего момента, создаваемого внецентренно приложенной сжимающей силой, гибкий элемент прогибается, вследствие чего увеличивается начальный эксцентриситет продольного усилия . При этом изгибающий момент возрастает и разрушение происходит при меньшей продольной силе по сравнению с короткими (жесткими) элементами (рис. 20.5). Поэтому СНиП рекомендует рассчитывать внецентренно сжатые элементы по деформированной схеме. Однако допускается производить эти расчеты по недеформированной схеме, учитывая при этом влияние прогиба элемента увеличенным значением эксцентриситета, полученным путем умножения начального эксцентриситета на коэффициент продольного изгиба :

, (20.3) где условная критическая сила, учитывающая возможность потери устойчивости конструкции, работающей с трещинами:

, (20.4)

начальный модуль упругости бетона; расчетная длина элемента; момент инерции сечения бетона и сечения всей продольной арматуры относительно центра тяжести приведенного сечения; коэффициент, учитывающий влияние длительности действия нагрузки на прогиб элемента в предельном состоянии

, (20.5)

и моменты внешних сил относительно оси, проходящей через центр тяжести крайнего ряда арматуры, расположенного у растянутой грани; коэффициент, учитывающий вид бетона ( – для тяжелого бетона);

, (20.6)

коэффициент, учитывающий влияние предварительного напряжения арматуры на жесткость элемента; при равномерном обжатии сечения имеем:

, определяется с учетом всех потерь при , причем здесь ; .

Следует отметить, что если и имеют разные знаки, то при для полной нагрузки , а если , то , здесь определяется по формуле (20.5).

Рис. 20.1

1-1 – Рассматриваемая плоскость; 2 – Промежуточные стержни площадью А_sm

Nbsp;   Рис. 20.2 Рис. 20.3 Рис. 20.4

Блок-схема 20.1

	Определение

ДА

	Принимаем

НЕТ

ДА

ДА ДА

НЕТ

Блок-схема 20.2

ДА НЕТ

			Прочность обеспечена

ДА

НЕТ НЕТ