РАСЧЕТ ВНЕЦЕНТРЕННО СЖАТЫХ ЭЛЕМЕНТОВ КОЛЬЦЕВОГО СЕЧЕНИЯ

Конструкции колонн, опор линий электропередач, дымовых труб зачастую имеют кольцевое поперечное сечение. Эти элементы обычно армируются продольными стержнями, расположенными по окружности. Условие прочности для таких сечений вытекает из уравнения моментов, вычисленных относительно центра тяжести приведенного сечения. Так условие прочности нормальных сечений сжатых элементов при соотношении внутреннего и наружного радиусов в общем случае при наличии напрягаемой и ненапрягаемой арматуры, равномерно распределенной по окружности имеет вид (рис. 23.1):

, (23.1) где ; площадь сечения всей напрягаемой арматуры; площадь сечения всей ненапрягаемой арматуры; и радиусы окружностей, проходящих через центры тяжести сечений стержней площадью и соответственно; площадь сечения кольца; относительная площадь сжатой зоны бетона с учетом прямоугольной эпюры напряжений в ней; коэффициенты, характеризующие относительные усилия в арматуре растянутой зоны от внешней нагрузки; ; для арматуры классов А-I, А-II, А-III, Вр-I, для арматуры других классов; , , при этом если , то принимается , а ; , расстояния от равнодействующих в арматуре до центра тяжести сечения.

Величина относительной площади сжатой зоны бетона определяется из уравнения равновесия в проекциях на продольную ось элемента

. (23.2)

Если полученная величина , то она уточняется из условия

. (23.3)

Кроме того, если величина , то она величины должны определяться при , если же , то принимается и .

Следует отметить, что величина предварительного напряжения вводится в расчет с коэффициентом .

23.2. КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ РАСТЯНУТЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

При центрально растяжении направление растягивающей силы совпадает с геометрической осью элемента. В условиях центрального растяжения работают затяжки арок, нижние пояса раскосных ферм, стенки круглых резервуаров, испытывающих давление жидкости. Растянутые элементы выполняются преимущественно предварительно напряженными, что существенно повышает трещиностойкость сечений. При изготовлении растянутых элементов используется натяжение на упоры и на бетон, применяются все виды высокопрочной арматуры. Основные принципы конструирования растянутых элементов те же, что и изгибаемых. По длине стержневая ненапрягаемая арматура соединяется на сварке. В поперечном сечении напрягаемая арматура размещается симметрично (рис. 23.2) во избежание внецентренного обжатия элемента. При натяжение на бетон предварительно напряженная арматура размещается в каналах. В этом случае целесообразно предусмотреть в элементе небольшое количество ненапрягаемой арматуры, располагаемой ближе к наружной поверхности для усиления элемента против возможных эксцентричных воздействий в процессе обжатия. Во избежание появления продольных трещин от усилия обжатия, по длине растянутых элементов устанавливается поперечная арматура – хомуты или сетки. Для поперечного армирования используются стержни диаметром 3 … 6 мм. Сечения центрально растянутых элементов принимаются круглыми, квадратными, прямоугольными с армированием по периметру или по всей площади.

В условиях внецентренного растяжения работают нижние пояса безраскосных ферм, стенки прямоугольных резервуаров, находящихся под давлением жидкости или газа (рис. 23.3). В сечениях таких элементов одновременно действуют продольная сила и изгибающий момент , , что равнозначно внецентренному растяжению усилием с эксцентриситетом относительно продольной геометрической оси. Как и в случае внецентренного сжатия при расчете внецентренно растянутых элементов встречаются два характерных случая: а) когда внешняя растягивающая сила приложена между равнодействующими усилий в растянутой арматуре и в условно сжатой ; б) когда сила приложена за пределами расстояния между равнодействующими усилий в арматуре и . По характеру работы первый случай близок к центральному растяжению, поэтому такие элементы армируются аналогично центрально растянутым. Второй случай близок к изгибу, поэтому элементы, работающие по второй схеме, армируются продольными и поперечными стержнями как изгибаемые элементы. Внецентренно растянутые элементы обычно подвергаются предварительному напряжению,

Рис. 23.1

23.3. РАСЧЕТ ПРОЧНОСТИ ЦЕНТРАЛЬНО РАСТЯНУТЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

К моменту разрушения растягивающее усилие в центрально загруженных элементах полностью передается на арматуру, бетон же из-за образования и раскрытия трещин выключается из работы. Тогда условие прочности центрально растянутого элемента определяется сопротивлением арматуры:

, (23.4) где .

В элементах с напрягаемой арматурой без анкеров необходимо проверять прочность сечений элемента в пределах длины зоны передачи напряжений. Расчетное сопротивление арматуры здесь принимается сниженным , где , расстояние от начала зоны передачи напряжений до рассматриваемого сечения в пределах этой зоны, длина зоны передачи напряжения.