34. Растянутые элементы. Разновидности. Основные конструктивные требования. Расчет прочности нормальных сечений центрально растянутого жб элемента без и с предварительным напряжением.

1. Общие сведения

В условиях центрального (осевого) растяжения находятся затяжки арок, нижние пояса и нисходящие раскосы ферм, стенки круглых в плане резервуаров и др. конструк­тивные элементы.

стенка резервуара

Рис. Центрально растянутые элементы

Центрально-растянутые элементы, как правило, применяют предварительно на­пряженными, что значительно повышает сопротивление образованию трещин в бетоне.

Внецентренно растянутые элементы одновременно растягиваются продольной си­лой N и изгибающим моментом М, что равносильно внецентренному растяжению усилием

N с эксцентриситетом e₀ = M/N относительно продольной оси элемента.

2. Центрально-растянутые элементы

Центрально-растянутые элементы - элементы, в нормальном сечении которых точка приложения расчетной силы N совпадает с точкой приложения равнодействую­щей усилий в продольной арматуре.

Продольная (напрягаемая и ненапрягаемая) арматура в центрально-растянутых элементах предназначается для восприятия растягивающей силы N, т.к. бетон быстро вы­ключается из работы (деформирования) в связи с ранним появлением трещин.

В связи с наличием достаточных неупругих деформаций предварительное напря­жение высокопрочной арматуры не оказывает влияния на прочность растянутых элемен­тов, не считая некоторого увеличения прочности арматуры, вследствие наклепа от ее предварительного натяжения. В целях исключения случайных изгибающих и крутящих моментов напрягаемую арматуру по сечению размещают симметрично; отпуск арматуры также производят симметрично по сечению.

Основное условие прочности центрально - растянутого элемента получают из ус­ловия равновесия Σy = 0 . Прочность сечения считают обеспеченной, если расчетная си­ла N не превосходит равнодействующую предельных растягивающих усилий по всей про­дольной арматуре, расположенной в сечении элемента.

N <y_s6 • R_s • A_sp +y_s6 • R_s • A_sp^’ + R_s • As + R_sc • A_s^’,

где y_s6 - коэффициент условий работы (деформирования) высокопрочной армату­ры при напряжениях выше условного предела текучести.

Рис. 13.9. Схема усилий в расчетном нормальном сечении центрально-растянутых элементов

Различают 2 случая внецентренного растяжения:

случай 1 - случай больших эксцентриситетов (сила N расположена за пределами равнодействующих усилий в арматуре);

случай 2 - случай малых эксцентриситетов (сила N расположена между равно­действующими усилий в арматуре).

При работе центрально-растянутых элементов под нагрузкой различают три характерные стадии напряженно-деформированного состояния: стадию I — до образования трещин, стадию II—после образования трещин, стадию III — разрушение. Рассмотрим характер изменения напряженно-деформированного состояния центрально-растянутого элемента по мере увеличения внешней нагрузки.

В стадии I (начальный период загружения) внешней растягивающей силе N₁ сопротивляются бетон и арматура, которые имеют одинаковые деформации вследствие сцепления между собой. Если обозначить напряжения в бетоне s_б.р  и напряжения в арматуре s_a.l , то условие равновесия сечений элемента будет иметь следующий вид: N₁=s_б.р.F_б+s_а1.F_а, где Fe—площадь сечения бетона; Fa — площадь продольной арматуры.

С увеличением внешней нагрузки напряжения в бетоне и арматуре возрастают. Когда напряжения в бетоне достигнут временного сопротивления растяжению:  (а деформации—предела растяжимости ), в элементе образуются трещины (стадия Iа). При образовании трещин деформации арматуры e_a в силу сцепления равны предельным деформациям бетона , поскольку оба материала деформировались совместно. Напряжения в арматуре в стадии Iа составляют  

Если N>N_Т, в элементе образуются трещины. При дальнейшем увеличении нагрузки напряжения в арматуре будут возрастать, а трещины в бетоне — раскрываться (стадия II). Внешней силе по сечению с трещиной сопротивляется только одна арматура, имеющая напряжения s_а и деформации e_а, а на участке между трещинами — арматура и бетон, поскольку сцепление между ними сохраняется. Вследствие этого напряжения в арматуре на участке между трещинами уменьшаются. Средние напряжения в арматуре s_а.с<s_а и соответственно средние относительные деформации e_а.с<e_а. Работа бетона на растяжение между трещинами характеризуется, как и при изгибе, коэффициентом y_а, выражающим отношение средних напряжений в арматуре s_а.с к напряжениям в ней по сечению с трещиной s_а, или отношение средних относительных деформаций арматуры e_а.с. к ее деформациям по сечению с трещиной e_а. y_a=s_а.с/s_а =e_а.с/e_а 

По мере дальнейшего возрастания внешней нагрузки увеличиваются напряжения в арматуре, а трещины в бетоне раскрываются все больше. Когда напряжения в арматуре достигнут значения предельных напряжений  (предела текучести для мягкой стали или временного сопротивления для твердой стали), наступит разрушение элемента (стадия III).

Прочность элемента будет обеспечена, если расчетная продольная сила N (усилие в элементе от расчетных нагрузок) не будет превышать усилия, воспринимаемого арматурой при напряжениях в ней, равных расчетному сопротивлению R_a

Из условия прочности  определяют требуемую площадь сечения продольной растянутой арматуры

В центрально-растянутых элементах без предварительного напряжения кроме проверки прочности по стадии III необходимо определить ширину раскрытия трещин по стадии II.

Ширина раскрытия трещин а_Т представляет собой удлинение арматуры (работающей совместно с бетоном) на участке, равном расстоянию между трещинами l_T, поэтому, как и в изгибаемых элементах, ширину раскрытия трещин рассчитывают по формуле , при k=l,2 и напряжениях в арматуре.