4.2.7. Розрахунок поперечної арматури ригеля

Мета розрахунку – призначити діаметр та крок поперечних стержнів (хомутів) у зварових арматурних каркасах.

Розрахунок виконується за умови міцності похилих перерізів ригеля на дію попереч­ної сили Q згідно з Нормами [1, пп. 3.293.32]. При цьому розрахункові перерізи треба прий­мати у місцях дії найбільших поперечних зусиль (у межах кожного прольоту), а також у місцях зміни кроку хомутів (тобто на відстані  0,25l_oi від опор у межах кожного прольоту). Наприклад, у трипрогоновому ригелі це мають бути перерізи, у яких діють поперечні сили Q_A,max, Q_B,max^лів, Q_B,max^прав = Q_С^., _,а також розташовані на відстані 0.25l_o1, 0.75 l_o1 у першому проль­оті та на відстані 0.25 l_o2 від опори у другому прольоті.

Допускається у останніх трьох розрахункових перерізах (тобто у місцях зміни кроку хомутів) виконувати лише перевірку міцності на дію поперечної сили Q_i, яка діє у означених місцях, а не розрахунок потрібного кроку хомутів. При цьому крок хомутів у середній зоні по довжині ригеля слід попередньо прийняти за конструктивними вимогами Норм [1, п. 5.27]. Якщо перевірка покаже, що умова міцності не виконується, слід відступити від опори трохи більшу відстань, ніж 0.25 l_oi доти, доки умова міцності виконається при відповідному значенні поперечної си­ли Q_i. Знайдене таким чином місце й буде місцем зміни кроку хомутів, яке відповідає умові Норм, тобто знаходиться від опори на відстані  0,25l_oi.

На відміну від задачі розрахунку потрібного кроку хомутів така задача простіша, тому вона і пропонується для означених місць.

Розрахунок потрібного кроку хомутів для ригеля треба виконувати за алгоритмом табл. 3.5 послідовно на дію кожної означеної поперечної сили: Q_A,max, Q_B,max^лів, Q_B,max^прав.

При цьому слід враховувати, що ригель армується плоскими зваровими каркасами, тому при призначенні діаметрів поперечних стержнів необхідно дотримуватись так званої вимоги зварюваності, а саме, що діаметр цих стержнів має відповідати умовам: d_хом d_позд /4 та d_хом 4 мм. Ці вимоги запобігають перепал поперечних стержнів при контактному зварюванні з поздовжніми. В першому наближенні може бути прийнятий мінімально допустимий діаметр хомутів за наведеними умовами. Під час розрахунку може виникнути потреба змінити його на більший при бажанні збільшити розрахунковий крок поперечних стержнів (який, доречи, пропорційний діаметру хомутів).

Після виконання розрахунку поперечної арматури необхідно навести у пояснювальній записці ескіз розташування поперечних стержнів по довжині ригеля задля подальшої розробки робочих креслень каркасів.

4.2.8. Конструювання ригеля

Мета конструювання – раціональне розташування поздовжньої арматури по довжині ригеля відповідно до обвідної епюри моментів.

Конструювання ригеля виконується за допомогою епюри матеріалів (див. рис. 4.8).

Практична мета побудови епюри матеріалів  знайти місця обриву частини поздовжніх стержнів конст­рукції відповідно до обгинаючої (обвідної) епюри моментів, тобто ті місця, де вони (частина стержнів) вже не потрібні за умови міцності.

Побудова епюри матеріалів виконується на міліметрованому папері формату А3, де попередньо має бути побудована обвідна епюра моментів та поперечних сил.

Завдяки тому, що у курсовому проекті рекомендується компонувати симетричний ри­гель, то для трипрогонового ригеля епюра матеріалів може бути розроблена для 1,5 про­льотів , а для двопрогонового – для одного прольоту. Армування багатопрогонового ригеля також виконується симетричним відносно осі симетрії по довжині.

Слід мати на увазі, що епюра матеріалів будується графо-аналітичним способом, тоб­то частина її параметрів підраховується аналітично, а інша знаходиться графічним шляхом, тобто просто із креслення. Тому дуже важливі ретельність виконання графічних побудов та дотримання масштабів.

Починати побудову епюри матеріалів рекомендується з прольотних перерізів (тобто для арматури, що розташована у нижніх зонах по висоті перерізів), а потім переходити до опорних перерізів (тобто для арматури, що розташована у верхніх зонах цих перерізів).

У кожному з означених перерізів розрахунок арматури допускається виконувати як для перерізів з поодиноким армуванням для спрощення розрахунків (за винятком тих випа­дків, коли арматура ригеля проектувалась як у перерізі з подвійним армуванням).

Послідовність побудови епюри матеріалів у будь-якому перерізі однакова, та є така:

а) вирішити, які стержні залишити у перерізі, а які обірвати.

При цьому треба ураховувати, що у плоскому зваровому каркасі треба мати не менш одного стержня (як зверху, так і знизу) на всю довжину каркасу (щоб до них приварювати поперечні стержні). Окрім того, площа тих стержнів, що обривають, не повинна перебіль­шувати 50% від розрахункових;

б) підрахувати для всіх характерних перерізів по довжині ригеля граничний внутріш­ній момент який може сприйняти переріз ригеля у стадії руйнування з урахуванням залишеної у ньому поздовжньої арматури:

(4.3)

де A_si – площа залишеної у перерізі поздовжньої арматури;

висота стиснутого бетону;

h_o,i^факт- фактичне значення робочої висоти перерізу, тобто відстань від стиснутої грані до загального центра ваги залишених у перерізі поздовжніх стержнів. При цьому значення h_o,i^факт треба розраховувати для кожного перерізу ригеля з урахуван­ням вимог Норм до захисного шару бетону та просвіту між стержнями [1, п. 5.45.12]. У пояснювальній записці мають бути наведені ескізи розрахункових перерізів, на яких означені розміри, арматура та значення (рис. 4.7);

в) відкласти момент М_{перерізу,i} від вісі балки у тому ж масштабі, що й побудована обгинаю­ча епюра моментів, та провести горизонтальну лінію у цьому місці до перетинання нею обгинаючої епюри. Одержані точки перетинання (наприклад, а та в на рис. 4.8) являються точ­ками теоретичного обриву зазначених стержнів.

Проте, фактично стержні слід обривати лише відступивши від точки теоретичного об­риву на деяку величину W, розрахунок якої наведено далі;

г) розрахувати величину W, на яку треба заводити стержень за місце його теоретично­го обриву, за умовами:

W

де (кН) – поперечна сила у перерізі, де одержане місце (точка) теоретичного обри­ву стержня. Значення може бути знайдено графічним шляхом, опускаючи перпендикуляр із точки теоретичного обриву стержня на обгинаючу епюру поперечних зусиль та вимірю­ючи одержану ординату ;

- діаметр обриваного стержня (м);

(кН/м) – інтенсивність поперечного армування перерізів ригеля у місці теоретичного обриву стержня.

При розрахунках значення слід приймати відповідним до місця розташування точки теоретичного обриву стержня (тобто уважно роздивившись, у зоні якого кроку роз­ташувалась ця точка - у зоні розрахункового кроку s₁ у приопорній ділянці , або у зоні кроку , який був призначений за конструктивними вимогами Норм. Для цього треба ще раз звер­нутися до вже виконаного розрахунку похилих перерізів ригеля);

д) від місця теоретичного обриву стержня відкласти у відповідному масштабі значен­ня . Одержане при цьому місце й буде місцем фактичного обриву стержня, яке треба пе­-

ренести на каркас (на рис. 4.8 – це у напрямку стрілок), де остаточно позначаються кінці стержня;

е) зона епюри матеріалів, яка розташована між лініями обгинаючої епюри моментів та уступами епюри матеріалів, позначається вертикальною штриховкою (рис 4.8). Величина одержаних при цьому ординат моментів (″запасу″ за міцністю нормальних перерізів) є критерієм економічності конструювання ригеля. Надмірний ″запас″ свідчить про неекономічне використання арматури. Оптимальним є запас у межах (5 7)% від розрахункового моменту.

Приклади побудови епюри матеріалів для ригеля наведені у підручниках [2, рис.XVIII.6], [4, рис. 3.24].

Більш докладно послідовність та основні правила побудови епюри матеріалів наведені у методвказівках [7], що розроблені кафедрою та рекомендовані студентам.

Рис. 4.8. Схема армування ригеля та епюра матеріалів: 1 обгинаюча епюра моментів; 2  епюра матеріалів; МВ гр  момент, що діє по грані колони; а, б  точки теоретичного обриву стержнів; W1  W5  перепуск стержнів за місце теоретичного обриву.