21. Основные схемы, используемые при анализе возможных причин разрушении ж/б элементов по наклонному сечению. Почему расчетное сопротивление поперечной и отогнутой арматуры меньше, чем продольной?

1) От сжимающих усилий. Раздавливание тонкой стенки (ребра) по наклонной полосе между трещинами от действия главных сжимающих напряжений _mc. Оно может произойти при малой ширине стенки и мощной поперечной арматуры. Чем выше прочность бетона R_b и чем больше толщина стенки b, тем лучше стенка сопротивляется действию _mc сжимающих напряжений (при этом R_b повышается с увеличением интенсивности поперечного армирования). Увеличение рабочей высоты сечения h_o уменьшает касательные напряжения _xy, а вместе с ними  и _mc сжимающие напряжения.

2) Разрушение от поперечных сил. Взаимный сдвиг двух частей изгибаемого элемента, разделенных наклонной трещиной. Сдвиг вызывается поперечной силой Q, а сопротивляется ей поперечная S_w, отогнутая S_inc арматура и бетон сжатой зоны, работающий на срез. Сдвиг происходит при наличии сильной хорошо заанкеренной продольной арматуры и недостаточного поперечного армирования. Когда поперечная арматура достигает предела текучести, продольная арматура выламывает бетон, и балка повисает на ней.

3) Разрушение от изгибающего момента. Взаимный поворот относительно точки О двух частей изгибаемого элемента, разделенных наклонной трещиной. Происходит при слабой продольной арматуры. С увеличением нагрузки трещина раскрывается, высота сжатой зоны быстро уменьшается и происходит раздробление бетона в условной точки вращения.

Почему расчетное сопротивление поперечной и отогнутой арматуры меньше, чем продольной? Потому, что наклонная трещина раскрывается неравномерно: в начале  больше, в конце (вершине)  меньше. Так же неравномерно деформируется и арматура, пересекающая трещину,  соответственно неравномерно распределяются и усилия (напряжения) в ней: в одних стержнях напряжения достигают предела текучести, в других  нет. Неравномерность учитывается коэффициентом условий работы, равным 0,8. Отсюда и R_sw = 0,8R_s. Разумеется, при этом поперечная и отогнутая арматура должна быть надежно заанкерена по обе стороны наклонной трещины.

22. Сжатые элементы с большим эксцентриситетом и малым эксцентриситетом (принципиальные отличия). Случайный эксцентриситет.

Если сила N приложена вдоль оси элемента, т.е. центрально, то очевидно, что все сечение равномерно сжато, напряжения в бетоне и арматуре в предельной по прочности стадии достигают расчетных сопротивлений. При смещении N от оси в сторону арматуры S на величину эксцентриситета е_о эпюра напряжений искривляется, напряжения в арматуре S уменьшаются: _sc< R_sc. С увеличением е_о появляется растянутая зона, а в арматуре S возникают растягивающие напряжения. Наконец, е_о может достичь такого значения, при котором высота сжатой зоны х = х_R, а в арматуре S напряжения возрастают до расчетного сопротивления _s = R_s  это и есть граница между большими и малыми эксцентриситетами, между двумя случаями расчета. Таким образом, случай больших эксцентриситетов (1-й случай расчета) возникает тогда, когда х  х_R, а арматура S полностью использует свою прочность на растяжение, т.е. _s = R_s. Случай малых эксцентриситетов (2-й случай расчета) характерен тем, что x > x_R, а напряжения в арматуре S могут быть сжимающими (0  _sc  R_sc), нулевыми или растягивающими (_s < R_s). В обоих случаях, однако, напряжения в арматуре S достигают R_sc.

В процессе работы реальной конструкции всегда присутствуют случайные факторы, которые могут привести к смещению расчетной точки приложения силы N. Кроме того, из-за неоднородных свойств бетона (разная деформативность и прочность даже в пределах одного сечения) напряжения в сечении становятся неодинаковыми, что также приводит к смещению продольной силы. В сжатых элементах даже небольшой эксцентриситет приводит к неравномерности нормальных напряжений и к искривлению продольной оси, что опасно в смысле потери устойчивости.

Вот почему к эксцентриситету е_о, полученному из статического расчета, добавляют случайный эксцентриситет е_а, принимаемый не менее 1/600 длины элемента, не менее 1/30 высоты его сечения и не менее 10 мм. Следовательно, если по результатам статического расчета е_о= 0 (центральное сжатие), то назначают е_о = е_а. Исключение составляют только элементы статически неопределимых систем, но и в них расчетный эксцентриситет принимают не менее случайного.

23. Косвенное армирование. Понятие: расчетная длина. Понятие гибкость. Что определяет разрушение внецентренно-сжатого элемента? Общее и различие причин возможного разрушения по сравнению с изгибаемыми ж/б элементами.

Для повышения прочности бетона можно применить косвенное армирование. Несущая способность повышается за счет расположения поперечной арматуры с малым шагом как по длине элемента, так и по его сечению. Косвенная арматура в виде поперечных сварных сеток или спиралей, охватывающих снаружи продольные стержни, препятствует поперечному расширению бетона и повышает его сопротивление продольному сжатию. Разрушение элемента происходит, когда косвенная арматура достигает предела текучести. Следует, однако, помнить, что сетки косвенного армирования затрудняют укладку и уплотнение бетона. Кроме того, косвенное армирование эффективно только при малых эксцентриситетах и при небольшой гибкости элементов.

Расчетная длина – это длина изгиба. Расчетная длина l0 вычисляется по формуле:

l0 = μl, где μ — коэффициент, зависящий от условий закрепления стрежня, а l — геометрическая длина. Расчетная длина, также называется привиденной или свободной.

Г ибкость - способность стержня сопротивляться потере устойчивости при продольном изгибе. Гибкость стержня — отношение расчетной длины стержня l0 к наименьшему радиусу инерции i его поперечного сечения. Это выражение играет важную роль при проверке сжатых стержней на устойчивость. В частности, от гибкости зависит коэффициент продольного изгиба φ. Стержень с большей гибкостью, при прочих неизменных параметрах, имеет более низкую прочность на сжатие и сжатие с изгибом.

Характер разрушения внецентренно-сжатых элементов зависит от эксцентриситета приложения продольной силы и количества арматуры. В зависимости от напряжения в растянутой арматуре условно различаются два расчетных случая:

случай 1 - разрушение по арматуре - характеризуется достижением растянутой арматурой ее расчетного сопротивления;

случай 2 - разрушение по бетону - характеризуется достижением бетоном сжатой зоны его расчетного сопротивления.

Случай 1 наблюдается при относительно большом эксцентрисетете приложения нагрузки или небольшом количестве арматуры. В этом случае со стороны растянутой грани появляются трещины, которые при увеличении нагрузки развиваются, ширина их раскрытия увеличивается и напряжение в растянутой арматуре достигает предела текучести, а затем наступает разрушение сжатой зоны бетона.

Случай 2 наблюдается при небольшом эксцентрисетете приложения нагрузки или при большом количестве арматуры. В этом случае арматура со стороны менее напряженной грани сечения либо слабо растянута, либо сжата. Разрушение элемента начинается со стороны более сжатой грани. Напряжение в арматуре и в сжатом бетоне достигают предельных величин сопротивления.

Считается внецетренно-сжатый элемент почти также как и сжатый, но здесь учитываем сжимающую силу. Если в изгибаемом элементе разрушение рассматривают только в этих двух случаях, то в внецетренно-сжатом рассчитывают колонну на устойчивость. Устойчивость зависит от сечения колонны и нагрузки. Если колонна ниже то, при том же сечении она потеряет устойчивость при большей нагрузке. N критическое – та нагрузка при которой колонна потеряет устойчивость. N критическое зависит от характеристик элемента, геометрических параметров конструкции, от прочностных данных и т.д. N критическое высчитывается сравниваем с той силой, которая реально действует на конструкцию. Если реально действующая сила меньше N критического – то все хорошо. Чем ближе отношение N к N критическое к 1, тем больше опасность, значит чем больше η, тем больше возможность разрушения.

N/Nкрит<1

η=

N=e*η