Посилення згинаючих елементів із попереднім напруженням конструкцій посилення

Попереднє напруження стрижнів посилення для зменшення прогинів посилюваних елементів і великого закриття тріщин рекомендується приймати для стержнів з м'яких сталей, рівним (0,8-0,9) R_н і для стержнів з високоміцних сталей (0,6-0,7)R_н.

З умови міцності максимальне попереднє напруження необов’язкове. Воно повинно забезпечити включення в роботу стержнів посилення і повнеїхнє використання.

Попереднє напруження в затяжках рекомендується приймати з коефіцієнтом умов роботи, що враховує втрати попереднього напруження _н = 0,8.

При призначенні попереднього напруження з умови включення додаткової арматури у роботу і повного використання її при визначеній несучій здатності рекомендується виходити з відношення навантаження, яке повинен сприйняти посилюючий елемент після посилення - Р_н до навантаження, що прикладається до балки при посиленні Р_у.

При посиленні стержнями з сталі А-І, А-II, А-III в залежності від відношення рекомендуються наступні значення :

=1.0-1.25; =0.9R_sck;

=1.25-1.70; =(0.9-0.7)R_sck;

=1.7-2.5; =(0.7-0.55)R_sck;

=2.5-5.0; =(0.55-0.40)R_s.

Попереднє напруження стрижнів в будь-якому випадку не повинно бути меншим 0,4R_sck.

Якщо попереднє напруження затяжок здійснюється натягуванням парних віток, то для визначення величини напруження, в залежності від кута нахилу віток, рекомендується користуватися графіком рис.17.3, побудованому по формулі

.

При цьому необхідно виключати ділянку малих ухилів , на якій зміна ухилів викликає малі напруження, які компенсують початкове випрямлення стержнів.

Визначення несучої здатності по нормальним січенням згинаючих елементів, посилених попередньо напруженими стержнями, рекомендується виконувати по випадку в відповідності з СНиП II-21-75, "Руководством по проектированию предварительно напряженных железобетонных конструкций из тяжолого бетона", ЦНИИ-Промзданий, НИИЖБ, але при цьому додаткова попередньо напружена арматура, в з’язку з відсутністю зчеплення з бетоном, вводиться в розрахунок з коефіцієнтом m_c=0.75, що понижує її розрахунковий опір

Рис.17.3. Графік залежності напружень від кута нахилу.

Якщо зовнішня сила діє в площині осі симетрії січення, то визначення несучої здатності згинальних елементів, посилених попередньо напруженими стержнями, допускається виконувати в залежності від співвідношення між величиною відносної висоти стиснутої зони бетону , що визначається з умови рівноваги і граничним значенням відносної висоти стиснутої зони бетону , при якому граничний стан настає одночасно з досягненням в розтягнутій арматурі F_S, посилюваного елементу і в додатковій напруженій арматурі F_Sдн напруження, що дорівнює розрахунковому опору.

При визначенні площі додаткової попередньо напруженої арматури в елементах прямокутного січення необхідно дотримуватись умови , що обмежує висоту стиснутої зони, при цьому визначається за формулою

. (17.18)

В формулі (17.18) h_оп визначається в залежності (17.4).

Проектувати згинальні елементи з посиленням попередньо напруженою арматурою (затяжками) без дотримання умови не рекомендується.

Визначення площі січення додаткової попередньо напруженої арматури при дотриманні вказаної умови рекомендується здійснювати по формулах (17.8) - (17.14), підставляючи в них ( - розрахунковий опір додаткової напруженої арматури), а також коефіцієнт _S4 -в відповідності зі СНиП II-21-75 і приведену висоту – h_оп. З врахуванням вказаних змін формули для визначення площі додаткової попередньо напруженої арматури будуть мати вигляд

; (17.19)

; (17.20)

; (17.21)

. (17.22)

_S4 визначається за формулою 17.25.

Визначення площі січення додаткової попередньо напруженої арматури при дотриманні умови для прямокутних згинальних елементів без напруженої арматури в стиснутій зоні в випадках, коли стиснута арматура в посиленому елементі по розрахунку не вимагається, може здійснюватися згідно "Руководству по проектированию предварительно напряженных железобетонньх конструкций из тяжелого бетона", ЦНИИПромзданий, НИИЖБ, з використанням в формулах приведеної висоти зони h_ОП і коефіцієнта _c.

Для визначення спочатку вираховується

. (17.23)

Якщо , то стиснута ненапружена арматура по розрахунку не потрібна (якщо вона є в посилюваному елементі і по розрахунку не вимагається, то при визначенні по залежностям 17.23 і 17.24 цей факт не враховується).

; (17.24)

, (17.25)

де значення v і визначаються згідно вказаному в даному пункті в залежності від А₀;

- максимальне значення коефіцієнта _S4, приймається рівним для арматури:

класів А-IV і А_т-IV - 1.2

класів А-V, А_т-V, А_тп-V, В-II, В_р-II і К-7 - 1.15

класів А_тVI - 1.1

інших класів - 1.0

- визначається по СНиП II-21-75.

Зауваження: при ненапруженій арматурі з фізичною межею текучості, коли виконується умова значення і А_R визначаються по ненапруженій арматурі посилюваного елемента.

При наявності врахованої в розрахунку стиснутої арматури в посилюваному елементі площа січення напруженої додаткової арматури визначається по формулі

, (17.26,)

де визначається в залежності від значення А₀.

. (17.27)

Якщо А₀<0, значення визначається по формулі

. (17.28)

Розрахунок січень згинальних елементів, посилених попередньо напруженою арматурою,що мають полицю в стиснутій зоні, не армованих попередньо напруженою арматурою в цій зоні, при дій моменту в площині осісиметрії конструкції, повинен здійснюватися в залежності від положення межі стиснутої зони.

Необхідна площа січення додатково напруженої арматури, розташованої в розтягнутій зоні, визначається наступним чином:

а) якщо границя стиснутої зони проходить в поличці (див.рис.17.4,а), тобто виконується умова

, (17.29)

площа січення додаткової розтягнутої арматури визначається як для прямокутного січення шириною b’_f = b;

б) якщо границястиснутої зони проходить в ребрі (див.рис.17.4, б), то умова17.29 не дотримується, площа січення додаткової напруженої арматури визначається по формулі

, (17.30)

де визначається в відповідності з “Руководством по проектированию предварительно напряженных железобетонних конструкций из тяжелого бетона”, ЦИИЖБ, в залежності від значення

, (17.31)

при цьому повинна задовольнятись умова

_. (17.32)

При посиленні згинальних балок шпренгелями балки перетворюються в статично невизначені системи.

Січення балки, посиленої шпренгелем, перевіряється з врахуванням поздовжньої сили, яка діє в ній як у ригелі шпренгельної системи. В залежності від результатів розрахунку стиснута зона балки підлягає чи не підлягає посиленню.

Конструкції, посилені шпренгелями, повинні перевірятися на дію несиметричного навантаження, якщо це можливо.

Несуча здатність балки, посилюваної шпренгелем, повинна перевірятися по відношенням навантажень, що діють на балку в момент встановлення шпренгеля (зусилля від навантаження і фактичне навантаження) і на максимально можливе навантаження після посилення.

При посиленні шпренгелем необхідне створення в ньому зусиль, розвантажуючих балку моментом, протилежним за знаком моменту від зовнішнього навантаження. Це зусилля спочатку створюється попереднім натягом, що не повинно перевищувати 75-80% несучої здатності стрижнів шпренгеля. При підборі січень стрижнів шпренгеля рекомендується приймати коефіцієнт умов роботи 0,8.

Рис.17.4,а. Розрахункова схема посилення згинальних елементів двотаврового січення, що мають поличку в стиснутій зоні, додатковою попередньо напруженою арматурою.

Рис.17.4,б. Розрахункова схема посилення згинальних елементів, що мають границю стиснутої зони в ребрі, додатковою попередньо напруженою арматурою.

Величини необхідних деформацій при натягу елементів шпренгеля варто призначати з врахуванням їх втрат.

Визначення зусиль в балках, посилених шпренгелем, рекомендується здійснювати як для статично невизначеної системи з врахуванням фактичних жорсткостей всіх елементів цієї системи.

Допускається здійснювати розрахунок по визначенню несучої здатності всієї системи в цілому по аналогії з методикою, що рекомендується при посиленні попередньо напруженими стержнями.

В випадках, коли значна частина навантаження прикладається до балки до її посилення шпренгелем допускається методика розрахунку, при якій балка розглядається як самостійний елемент що знаходиться під дією заданого зовнішнього навантаження і зусиль, які передаються на балку зі сторони шпренгеля (рис.17.5), як зовнішнє навантаження. Балка в цьому випадку розглядається як позацентрово стиснутий елемент.

Розрахунок балки, посиленої шпренгелем, у випадку, коли зусилля, які передаються на балку від шпренгеля розглядаються як зовнішні, здійснюють в наступній послідовності:

1) вибирають габарити шпренгеля і його січення a_k, b_пр, с, h_ш, , ;

2) визначають згинальні моменти в прольоті балки до і після посилення відповідно М_с і М_д;

3) призначають величину попереднього напруження в шпренгельній затяжці - ₀;

4) визначають розпір в шпренгелі в граничному стані по формулі

; (17.33)

5) визначають зусилля, які передаються на балку від шпренгеля в граничному стані

; (17.34)

M₀ = H_c; (17.35)

6) визначають розрахункові зусилля в системі - згинальний момент - М_п і поперечну силу Q_п

М_п = М_q + M₀ - Va_k ; (17.36)

Q_п = R – V ; (17.37)

Рис.17.5. Розрахункова схема елемента з посиленням шпренгельною затяжкою.

Рис. 17.6,а. Розрахункова схема кронштейна.

Рис.17.6,б. Основна система при розрахунку кронштейна методом сил.

7) перевіряють січення в посиленій балці від поза центрового стиску в граничному стані на зусилля М_П і Q_П при ; , деe₀ – ексцентриситет відносно геометричної осі, що проходить по центру ваги січення.

При посиленні залізобетонних балок які розвантажуються попередньо напруженими кронштейнами слід визначити необхідне розвантажуючи навантаження, яке прикладається до посилюваного елемента.

Величина зусиль від розвантажую чого навантаження (М_розв і Q_розв) повинні бути такими, щоб в відповідності з зусиллями, викликаними граничним навантаженням на посилюваний елемент (М і Q) була забезпечена несуча здатність посиленої конструкції, тобто

М_розв=М - М_р; (17.38)

Q_розв=Q - Q_р. (17.39)

Тут М_р і Q_р- момент і поперечна сила, що викликають руйнування в посилюваному елементі.

Для цього попередньо визначають руйнівне значення моментів ( ) і поперечних сил ( ) від одиничної сили Р = 1, прикладеній до балки в точці додаткової опори і направленої як реакція знизу вверх.

При відомих значеннях і визначають

; (17.40)

; (17.41)

З двох величин, вирахуваних за формулами (17.40) і (17.41), приймають більшу.

У випадках, коли кронштейн опирається безпосередньо на колону, необхідно перевірити балку на відрив її від опори розвантажуючими силами при відсутності тимчасового навантаження.

Для розрахунку приймається половина кронштейна, а оскільки січення нижнього пояса кронштейна на осі симетрії не повертається або повертається на відносно малу величину, то його можна вважати защемленим в цьому місці (див.рис.17.6, а і 17.6, б).

Розрахунок рекомендується виконувати методом сил, вважаючи невідомими зусилля в розтягнутих елементах. При визначенні переміщень від одиничних невідомих зусиль слід враховувати поздовжні сили і згинальні моменти, впливом поперечної сили можна знехтувати.

Для попереднього підбору січень можна прийняти розрахункову схему кронштейна в вигляді ферми з шарнірами в вузлах, але при цьому січення нижнього поясу, що підбирається по нормальній силі, варто збільшити приблизно в два рази.

Враховуючи можливі втрати зусилля від змяття опор і обтиснення упорних пристроїв, попередній натяг кронштейна здійснюють силою на 15% більшою у порівнянні з розрахунковою.