Тема 5.9. Основы конструкций железобетонных конструкций и железобетонных балочных пролетных строений.

Все элементы конструкций мостов и труб, выполненные из бе­тона и железобетона, рассчитывают по двум предельным состоя­ниям.

По первому предельному состоянию элемент рассчитывают на прочность и устойчивость в стадии эксплуатации, предварительно­го напряжения, транспортирования, хранения и монтажа.

Расчет по второму предельному состоянию производят: 1) по образованию поперечных и наклонных трещин в предварительно напряженных железобетонных конструкциях на стадиях эксплуа­тации, предварительного напряжения, транспортирования, хране­ния и монтажа; 2) по ограничению раскрытия поперечных и на­клонных трещин в железобетонных конструкциях с напрягаемой и ненапрягаемой арматурой на стадиях эксплуатации, изготовления и монтажа; 3) по образованию продольных трещин в предваритель­но напряженных железобетонных конструкциях на стадиях пред­варительного напряжения, транспортирования, храпения п монта­жа, а также в бетоне на стадии эксплуатации; 4) по ограничению деформаций бетонных и железобетонных конструкций на стадиям эксплуатации, изготовления и монтажа.

Расчет элементов железобетонных конструкций имеет специфи­ческие особенности, связанные с тем, что в железобетоне совместно работают два разных материала — бетон и сталь.

Работу железобетонных элементов рассмотрим па примере же­лезобетонной балки, изгибаемой 'внешними нагрузками и имеющей в нижней зоне ненапрягаемую арматуру (рис. 13.1, а—в).

При небольших нагрузках и малых усилиях балка работает как упругий брус. Бетон участвует в работе на растяжение совмест­но с арматурой, а эпюра напряжений в сечении имеет прямолиней­ное очертание (см. рис. 13.1, а). При дальнейшем росте нагрузки напряжения в растянутой зоне достигают предела прочности бето­на на растяжение К_]} и в нем начинают появляться трещины. Рас­тянутая она сначала частично, а затем почти полностью выклю­чается из работы, и все растягивающие усилия в сечении передют на арматуру. Эпюра напряжении в сжатой зоне балки при этом криволинейна, однако для упрощения расчета се считаю! прямолинейной (см. рис. 13.1, б). Когда напряжения в арматуре достигнут предела текучести, начнется разрушение железобетон­ного элемента, а когда и в бетоне напряжения дойдут до предела его прочности К_ир на сжатие, наступит полное разрушение . эле­мента. Состояние элемента, в котором напряжения в арматуре до­стигли предельного значения, а в бетоне предела прочности на сжатие, называют стадией разрушения (см. рис. 13.1, в).

Сечения элементов железобетонных мостов рассчитывают на прочность (первое предельное состояние) по стадии разрушения причем эпюру напряжений сжатия в бетоне условно принимаю прямоугольной. Прогибы / и ширину раскрытия трещин а_т прове­ряют по второму предельному состоянию, считая конструкцию ра­ботающей в стадии рис. 13.1, б.

В предварительно напряженных конструкциях начальным на­тяжением арматуры бетону придают начальное сжатие в рас­тянутой зоне (рис. 13.1, г—ж).

Реактивное давление от натяжения арматуры может вызвать появление продольных микротрсщин в бетоне, которые снижаю! долговечность конструкции. Поэтому в стадии предварительной: напряжения сжимающие напряжения в бетоне ограничивают вели чиной , ниже которой они не опасны для образования микротрещин (см. сечение //—// на рис. 13.1, г). Проверяют это по втором) предельному состоянию, считая упругое распределение напряжений в бетоне по линейному закону. Чтобы предотвратить разруше­ние балки при случайном превышении сил предварительного напряжения, ее проверяют в первом предельном состоянии по прочности с прямоугольной эпюрой сжимающих напряжений в бетоне вводя силы натяжения с коэффициентами перегрузки (см. рис 13.1, д). При последующей работе под нагрузкой бетон по степени разгружается от начальных напряжений сжатия и при большой нагрузке начинает работать на растяжение. Придавая арматуре соответствующее начальное натяжение, можно полностью предох­ранить бетон от возникновения в нем растягивающих напряжений в эксплуатационных условиях, а следовательно, и от опасности по­явления трещин.

Можно допускать кратковременное раскрытие трещин при рас­положении на конструкции временной подвижной нагрузки, если при ее отсутствии, т. е. под действием только постоянных нагрузок, трещины будут закрыты.

Эти проверки производят по второму предельному состоянию, считая работу бетона упругой и распределение напряжений в бето­не линейным (рис. 13.1, е). Образование трещин в бетоне проверя­ют, определяя напряжения в нижней растянутой зоне, которые ие должны быть более /?_р„. Если трещина все же появилась, то прове­ряют ее закрытие, т. е. определяют напряжения в бетоне сечения от постоянных нагрузок, которые во всех точках должны быть сжи­мающими (см. пунктирную линию на эпюре в сечении ///—/// рис. 13.1, е).

При увеличении внешней нагрузки до момента разрушения ниж­няя зона бетона балки растрескивается, арматура достигает преде­ла текучести или прочности, а бетон — предела прочности на, сжа­тие и условия работы сечения оказываются такими же, как в желе­зобетоне с ненапрягаемой арматурой (см. рис. 13.1, в, ж). Поэтому сечение предварительно напряженных железобетонных элементов рассчитывают на прочность (по первому предельному состоянию), как при ненапрягаемой арматуре по стадии разрушения. Разница состоит лишь в том, что напрягаемая арматура обладает большей прочностью по сравнению с ненапрягаемой и потому ее можно поставить в меньшем количестве.

Для проверки железобетонных элементов в различных предель­ных состояниях используют расчетные сопротивления составляю­щих конструкцию материалов — бетона и стали.

Расчетные сопротивления, применяемые при проектировании автодорожных и городских железобетонных мостов, устанавлива­ются нормами.

Расчетные сопротивления бетонов (табл. 13.1) принимают в за­висимости от марки бетона, его влажности и климатических усло­вий района. В таблице в числителе указаны расчетные сопротивле­ния для железобетонных, а в знаменателе — для бетонных элемен­тов конструкций, находящихся в атмосферных условиях или под землей без их насыщения водой. Если элементы конструкции нахо­дятся в условиях насыщения водой, то все расчетные сопротивле­ния, кроме , уменьшают на 10%. Расчетные сопротивления для районов с зимней температурой менее —40°С меньше указанных в таблице примерно на 10%. Расчетные сопротивления , используют при проверках прочности под расчетными нагрузкам коэффициентами перегрузки. Остальные величины применяю! для расчетов при действии эксплуатационных нагрузок без коэф­фициентов перегрузки. Значение применяют при перепаде на­пряжений в сечении до 15%.