27 по каким сечениям производится расчет продольной рабочей арматуры изгибаемого элемента
Правила подбора арматуры
Железобетон сейчас очень востребован т.к. имеет ряд преимуществ по сравнению с другими технологиями (мы рассматривали сравнение железобетона и стальных конструкций в статье «Сравнение железобетона и металлокаркаса»):
По прогнозам железобетон и в будущем будет одним из основных строительных материалов.
В этой статье мы разберем основные правила подбора арматуры, конструктивные требования.
Определение
Железобетон – это композиционный материал из бетона и стали, это не 2-а разнородных материала: бетон и сталь, а новый материал, в котором сталь и бетон работают совместно, дополняя друг друга.
Бетон, как и любой другой искусственный камень, хорошо работает на сжатие, но плохо сопротивляется изгибу и растяжению. Использование арматуры и бетона вместе позволяет использовать преимущества как бетона (хорошо работает на сжатие и имеет хорошую пожаростойкость), так и арматуры (имеет хорошие показатели на растяжение).
Бетон, благодаря своей плотности и непроницаемости хорошо защищает стальную арматуру от коррозии. Кроме этого бетон имеет хорошую теплоёмкость и относительно низкую теплопроводность, поэтому он хорошо защищает арматуру при пожаре.
Запатентована данная технология была в 1867 г. французом Ж.Монье, но и до него известны случаи применение железобетона в России и Англии.
Как работает железобетон
Цель армирования легко показать на железобетонной балке, работающей на изгиб.
При изгибе балки верхние волокна сжимаются и бетон здесь работает хорошо. Нижние волокна при изгибе растягиваются и тут появляются трещины. При армировании нижней части балки растяжение будет воспринимать арматура.
Это позволяет использовать все преимущества бетона как искусственного камня и стальной арматуры, хорошо работающей на растяжение.
Арматура может быть не обязательно стальной, главное, чтобы материал хорошо работал на растяжение. Например, уже сейчас применяют арматуру из стекловолокна, которая имеет хорошие характеристики на растяжение и весит легче стальной арматуры (стекловолокно пока не применяют для строительства зданий, но в перспективе это возможно). Для армирования также широко используют тросы и даже бамбук.
Общие требования к железобетонным конструкциям
Бетонные и железобетонные конструкции всех типов должны удовлетворять требованиям:
Требования к бетону
Требования к бетону вы можете прочитать в статье «Выбор бетона для строительных конструкций»
Класс бетона для несущих конструкций внутри здания принимается по расчету, но не ниже В15. Для фундаментов более важный критерий морозостойкость и водонепроницаемость, но класс бетона, морозостойкость и водонепроницаемость взаимосвязаны. Например, если нам требуется бетон класса В15, но с морозостойкостью F200, то и класс бетона будет не менее В22,5 т.к. эти параметры взаимосвязаны.
Классификация стальной арматуры
Для армирования конструкций могут использоваться:
Ат – термомеханически упрочненная арматура;
В, Вр – холоднодеформированная арматура;
К – арматурные канаты.
Таблица расчета веса стержневой арматуры
Расчетное сопротивление арматуры
Таблица 6.13 (СП 63.13330.2012)
Для арматуры классов В500 и А600 граничные значения сопротивления сжатию принимаются с понижающим коэффициентом условий работы. Расчетные значения Rsc приведены в таблице 6.14 (СП 63.13330.2012).
Таблица 6.14 ((СП 63.13330.2012))
Стандарты изготовления арматуры
Наиболее распространенный ГОСТ на стальную арматуру. По данному стандарту изготавливается арматура A-I (А240), А-II (А300), А-III (А400), A-IV (A600), A-V (A800), A-VI (A1000). Цифра в скобках после буквы А обозначает нормативное значение сопротивления растяжению в МПа. Арматура класса А-I выпускается гладкой, остальные периодического профиля.
Пример условного обозначения арматуры согласно ГОСТ 5781-82
Арматурная сталь диаметром 20 мм, класса А-III: 20-А-III ГОСТ 5781-82
Но кроме этого рекомендую еще в скобках показывать предел прочности, например, 20-А-III (A400) ГОСТ 5781-82
Данный ГОСТ распространяется на арматуру А500С и В500С. Цифра после буквы А означает предел текучести стали в МПа.
Пример условного обозначения арматуры согласно ГОСТ Р 52544-2006
Арматурный прокат изготовляют номинальным диаметром:
Арматурный прокат в мотках номинальным диаметром 8 мм, класса В500С:
Арматурный прокат в прутках, номинальным диаметром 12 мм, класса А500С, мерной длины (МД) 11700 мм:
Если длина не обозначена, то будет так:
Пруток 12-А500С ГОСТ Р 52544-2006
Данный стандарт распространяется на термомеханически упрочненную арматуру следующих классов: Ат400С, Ат500С, Ат600, Ат600С, Ат600К, Ат800, Ат800К, Ат1000, Ат1000К и Ат1200. Цифра после букв Ат также означает предел текучести стали в МПа.
Обозначение арматурной стали должно содержать:
Примеры условных обозначений
Арматурная сталь диаметром 20 мм, класса прочности Ат800:
20Ат800 ГОСТ 10884-94
То же, диаметром 10 мм, класса прочности Ат400, свариваемой (С):
10Ат400С ГОСТ 10884-94
То же, диаметром 16 мм, класса прочности Ат600, стойкой против коррозионного растрескивания (К):
16Ат600К ГОСТ 10884-94
Стандарт для холоднотянутой проволоки диаметром 3, 4 и 5 мм. Используется в сетках, например, по ГОСТ 23279-2012.
Пример условного обозначения проволоки номинальным диаметром 3,0 мм:
Проволока 3 Bp1 ГОСТ 6727-80.
ГОСТ 13840-68 «Канаты стальные арматурные 1х7»
Канат из 7-ми прутков для армирования железобетонных конструкций. Применяются в качестве напрягаемой арматуры предварительно напряженных железобетонных конструкций.
Примеры условных обозначений:
Канат семипроволочный условным диаметром 6,0 мм, условным пределом текучести 1500 Н/мм 2 (153 кгс/мм 2 ), с отпуском:
6К7-1500 ГОСТ 13840-68
Канат семипроволочный условным диаметром 12,0 мм, условным пределом текучести 1500 Н/мм 2 (153 кгс/мм 2 ), с отпуском под напряжением:
12К7-1500-С ГОСТ 13840-68.
Ещё один ГОСТ на канаты (спасибо за ссылку Александру). Применяются в качестве напрягаемой арматуры предварительно напряженных железобетонных конструкций.
Примеры условных обозначений:
Канат арматурный, семипроволочный, номинальным диаметром 15,2 мм, из круглой гладкой проволоки, с временным сопротивлением (классом прочности) 1860 Н/мм²:
К7-15,2-1860 ГОСТ Р 53772-2010
То же, из проволоки периодического профиля :
К7Т-15,2-1860 ГОСТ Р 53772-2010
То же, из круглой гладкой проволоки, пластически обжатый :
К7О-15,2-1860 ГОСТ Р 53772-2010
Это сравнительно молодой материал для армирования конструкций, который может изготавливаться из стекловолокна, базальтового волокна, углеродного волокна и др. На данном этапе применяется больше экспериментально, но в будущем может вполне заменить традиционную арматуру т.к. при той же прочности данная арматура весит меньше и в перспективе может стать дешевле стальной.
Условное обозначение АКП должно включать в себя: условное обозначение вида изделия по типу армирующего волокна, номинальный диаметр, значение предела прочности при растяжении, значение модуля упругости при растяжении и обозначение настоящего стандарта.
Примеры условного обозначения:
Защитный слой бетона
Минимальная толщина защитного слоя бетона назначается согласно п. 8.3.2 СП 52-101-2003 или согласно таблице 5.1 Пособия к СП 52-101-2003.
Минимальные значения толщины защитного слоя бетона рабочей арматуры следует принимать по табл. 5.1 Пособия к СП 52-101-2003.
Таблица 5.1 Пособия к СП 52-101-2003
Для сборных элементов минимальные значения толщины защитного слоя бетона рабочей арматуры, указанные в табл. 5.1, уменьшают на 5 мм.
Для железобетонных плит из бетона класса В20 и выше, изготовляемых на заводах в металлических формах и защищаемых сверху в сооружении бетонной подготовкой или стяжкой, толщину защитного слоя для верхней арматуры допускается принимать 5 мм.
Для конструктивной арматуры минимальные значения толщины защитного слоя бетона принимают на 5 мм меньше по сравнению с требуемыми для рабочей арматуры.
Во всех случаях толщину защитного слоя бетона следует также принимать не менее диаметра стержня арматуры.
В изгибаемых, растянутых и внецентренно сжатых (при Ml/Nl > 0,3h) элементах, кроме фундаментов, толщина защитного слоя для растянутой рабочей арматуры, как правило, не должна превышать 50 мм. В защитном слое толщиной свыше 50 мм следует устанавливать конструктивную арматуру в виде сеток. При этом площадь сечения продольной арматуры сеток должна быть не менее 0,05Аs, шаг поперечной арматуры должен не превышать высоты сечения и соответствовать указаниям п. 5.18. (п.5.8 Пособия к СП 52-101-2003)
Минимальное и максимальное расстояние между арматурой
Расстояние между арматурой должно обеспечивать прохождение заполнителя бетона и, при необходимости, вибратора для уплотнения бетонной смеси.
п. 8.3.3 СП 52-101-2003 Минимальные расстояния в свету между стержнями арматуры следует принимать такими, чтобы обеспечить совместную работу арматуры с бетоном и качественное изготовление конструкций, связанное с укладкой и уплотнением бетонной смеси, но не менее наибольшего диаметра стержня, а также не менее:
Кроме того, при большом насыщении арматурой должны быть предусмотрены отдельные места с расстоянием между стержнями арматуры в 60 мм для прохождения между арматурными стержнями наконечников глубинных вибраторов, уплотняющих бетонную смесь. Расстояния между такими местами должны быть не более 500 мм.
Максимальный шаг арматуры ограничен следующими требованиями:
п.8.3.6 СП 52-101-2003 В железобетонных линейных конструкциях и плитах наибольшие расстояния между осями стержней продольной арматуры, обеспечивающие эффективное вовлечение в работу бетона, равномерное распределение напряжений и деформаций, а также ограничение ширины раскрытия трещин между стержнями арматуры, должны быть не более:
в железобетонных балках и плитах:
в железобетонных колоннах:
В большинстве случаев шаг арматуры назначают 200-250 мм и подбирают необходимый диаметр арматуры по расчёту.
Процент армирования
Существует такое понятие как минимальный и максимальный процент армирования.
Процент армирования определяется по следующей формуле:
Чтобы конструкция считалась железобетонной необходимо чтобы процент армирования был выше минимального, иначе конструкция не считается железобетонной и методы расчета железобетона на такую конструкцию не распространяются.
п.8.3.4 СП 52-101-2003 В железобетонных элементах площадь сечения продольной растянутой арматуры, а также сжатой, если она требуется по расчету, в процентах площади сечения бетона, равной произведению ширины прямоугольного сечения либо ширины ребра таврового (двутаврового) сечения на рабочую высоту сечения, следует принимать не менее:
для промежуточных значений гибкости элементов значение ms определяют по интерполяции.
В элементах с продольной арматурой, расположенной равномерно по контуру сечения, а также в центрально-растянутых элементах минимальную площадь сечения всей продольной арматуры следует принимать вдвое больше указанных выше значений и относить их к полной площади сечения бетона.
Максимальный (предельный) процент армирования в нормах не рассмотрен, но такой термин существует, хотя его лучше назвать оптимальным процентом армирования. При увеличении армирования в какой-то момент критическим фактором становится не прочность арматуры, а прочность бетона в сжатой зоне. Т.е. далее с увеличением армирования её эффективность падает и нужно либо увеличить высоту ж.б. элемента (увеличив площадь сжатой зоны), либо ввести арматуру в сжатую зону.
Примечание. В числителе приведены проценты армирования для тяжелого и мелкозернистого бетона, в знаменателе – для легкого бетона.
В других учебниках приведены другие данные, но в общем процент армирования не должен превышать 3-5%.
Продольное армирование
Продольное армирование применяется для внецентренно сжатых и изгибаемых элементов. Продольная арматура необходима для восприятия растягивающей нагрузки и, соответственно, располагается в растянутой зоне железобетонной конструкции. Рассмотрим какие требования предъявляют строительные нормы для продольного армирования помимо тех, что приведены выше:
п.8.3.5 СП 52-101-2003 В бетонных конструкциях следует предусматривать конструктивное армирование:
п.8.3.7 СП 52-101-2003 В балках и ребрах шириной более 150 мм число продольных рабочих растянутых стержней в поперечном сечении должно быть не менее двух. При ширине элемента 150 мм и менее допускается устанавливать в поперечном сечении один продольный стержень.
п.8.3.8 СП 52-101-2003 В балках до опоры следует доводить стержни продольной рабочей арматуры с площадью сечения не менее 1/2 площади сечения стержней в пролете и не менее двух стержней.
В плитах до опоры следует доводить стержни продольной рабочей арматуры на 1 м ширины плиты с площадью сечения не менее 1/3 площади сечения стержней на 1 м ширины плиты в пролете.
Поперечное армирование
Поперечную арматуру следует устанавливать исходя из расчета на восприятие усилий, а также с целью ограничения развития трещин, удержания продольных стержней в проектном положении и закрепления их от бокового выпучивания в любом направлении.
Поперечную арматуру устанавливают у всех поверхностей железобетонных элементов, вблизи которых ставится продольная арматура.
Основные требования к поперечному армированию:
п.8.3.10 СП 52-101-2003 Диаметр поперечной арматуры (хомутов) в вязаных каркасах внецентренно сжатых элементов принимают не менее 0,25 наибольшего диаметра продольной арматуры и не менее 6 мм.
Диаметр поперечной арматуры в вязаных каркасах изгибаемых элементов принимают не менее 6 мм.
В сварных каркасах диаметр поперечной арматуры принимают не менее диаметра, устанавливаемого из условия сварки с наибольшим диаметром продольной арматуры.
п.3.11 СП 52-101-2003 В железобетонных элементах, в которых поперечная сила по расчету не может быть воспринята только бетоном, следует предусматривать установку поперечной арматуры с шагом не более 0,5h0 и не более 300 мм.
В сплошных плитах, а также в часторебристых плитах высотой менее 300 мм и в балках (ребрах) высотой менее 150 мм на участке элемента, где поперечная сила по расчету воспринимается только бетоном, поперечную арматуру можно не устанавливать.
В балках и ребрах высотой 150 мм и более, а также в часторебристых плитах высотой 300 мм и более, на участках элемента, где поперечная сила по расчету воспринимается только бетоном, следует предусматривать установку поперечной арматуры с шагом не более 0,75h0 и не более 500 мм.
Если площадь сечения сжатой продольной арматуры, устанавливаемой у одной из граней элемента, более 1,5 %, поперечную арматуру следует устанавливать с шагом не более 10d и не более 300 мм.
п.8.3.15 СП 52-101-2003 Поперечную арматуру в плитах в зоне продавливания в направлении, перпендикулярном сторонам расчетного контура, устанавливают с шагом не более 1/3 h0 и не более 300 мм. Стержни, ближайшие к контуру грузовой площади, располагают не ближе h0/3 и не далее h0/2 от этого контура. При этом ширина зоны постановки поперечной арматуры (от контура грузовой площади) должна быть не менее 1/5h0.
Расстояния между стержнями поперечной арматуры в направлении, параллельном сторонам расчетного контура, принимают не более 1/4 длины соответствующей стороны расчетного контура.
Анкеровка арматуры в бетоне
Анкеровку арматуры осуществляют одним из следующих способов или их сочетанием:
Прямую анкеровку и анкеровку с лапками допускается применять только для арматуры периодического профиля. Для растянутых гладких стержней следует предусматривать крюки, петли, приваренные поперечные стержни или специальные анкерные устройства.
Лапки, крюки и петли не рекомендуется применять для анкеровки сжатой арматуры, за исключением гладкой арматуры, которая может подвергаться растяжению при некоторых возможных сочетаниях нагрузки.
При расчете длины анкеровки арматуры следует учитывать способ анкеровки, класс арматуры и ее профиль, диаметр арматуры, прочность бетона и его напряженное состояние в зоне анкеровки, конструктивное решение элемента в зоне анкеровки (наличие поперечной арматуры, положение стержней в сечении элемента и др.).
п.8.3.21 СП 52-101-2003 Базовую (основную) длину анкеровки, необходимую для передачи усилия в арматуре с полным расчетным значением сопротивления Rs на бетон, определяют по формуле
(8.1)
п.8.3.22 СП 52-101-2003 Требуемую расчетную длину анкеровки арматуры с учетом конструктивного решения элемента в зоне анкеровки определяют по формуле
(8.3)
Допускается уменьшать длину анкеровки в зависимости от количества и диаметра поперечной арматуры, вида анкерующих устройств (приварка поперечной арматуры, загиб концов стержней периодического профиля) и величины поперечного обжатия бетона в зоне анкеровки (например, от опорной реакции), но не более чем на 30 %.
В любом случае фактическую длину анкеровки принимают не менее 0,3l0,an, а также не менее 15 ds и 200 мм.
В случае, если толщина элемента меньше требуемой толщины анкеровки, то арматуру загибают. Гладкую арматуру загибают в любом случае.
Для удобства расчёта сделал программу расчёта длины анкеровки в Excel.
Соединение арматуры
п.8.3.26 СП 52-101-2003 Для соединения арматуры принимают один из следующих типов стыков:
а) стыки внахлестку без сварки:
б) сварные и механические стыковые соединения:
п.8.3.27 СП 52-101-2003 Стыки арматуры внахлестку (без сварки) применяют при стыковании стержней с диаметром рабочей арматуры не более 40 мм.
На соединения арматуры внахлестку распространяются указания 8.3.19 СП 52-101-2003.
Стыки растянутой или сжатой арматуры должны иметь длину перепуска (нахлестки) не менее значения длины ll, определяемого по формуле
(8.5)
В качестве одного расчетного сечения элемента, рассматриваемого для определения относительного количества стыкуемой арматуры в одном сечении, принимают участок элемента вдоль стыкуемой арматуры длиной 1,3 ll. Считается, что стыки арматуры расположены в одном расчетном сечении, если центры этих стыков находятся в пределах длины этого участка.
Допускается увеличивать относительное количество стыкуемой в одном расчетном сечении элемента рабочей растянутой арматуры до 100 %, принимая значение коэффициента a равным 2,0. При относительном количестве стыкуемой в одном расчетном сечении арматуры периодического профиля более 50 % и гладкой арматуры более 25 % значения коэффициента a определяют по линейной интерполяции.
При наличии дополнительных анкерующих устройств на концах стыкуемых стержней (приварка поперечной арматуры, загиб концов стыкуемых стержней периодического профиля и др.) длина перепуска стыкуемых стержней может быть уменьшена, но не более чем на 30 %.
В любом случае фактическая длина перепуска должна быть не менее 0,4al0,ап, не менее 20 ds и не менее 250 мм.
п.8.3.28 СП 52-101-2003 При соединении арматуры с использованием сварки выбор типов сварного соединения и способов сварки производят с учетом условий эксплуатации конструкции, свариваемости стали и требований по технологии изготовления в соответствии с действующими нормативными документами (ГОСТ 14098).
п.8.3.29 СП 52-101-2003 При использовании для стыков арматуры механических устройств в виде муфт (муфты на резьбе, спрессованные муфты и т.д.) несущая способность муфтового соединения должна быть такой же, что и стыкуемых стержней (соответственно при растяжении или сжатии). Концы стыкуемых стержней следует заводить на требуемую длину в муфту, определяемую расчетом или опытным путем.
При использовании муфт на резьбе должна быть обеспечена требуемая затяжка муфт для ликвидации люфта в резьбе.
Гибка арматуры
п.8.3.30 СП 52-101-2003 При применении гнутой арматуры (отгибы, загибы концов стержней) минимальный диаметр загиба отдельного стержня должен быть таким, чтобы избежать разрушения или раскалывания бетона внутри загиба арматурного стержня и его разрушения в месте загиба.
Минимальный диаметр оправки don для арматуры принимают в зависимости от диаметра стержня ds не менее:
для гладких стержней:
для стержней периодического профиля:
Арматурная сетка
Помимо использования каркаса из арматуры, соединенной сваркой или вязкой, широко используют арматурные сетки по ГОСТ 23279-2012.
Арматурная сетка производится путем сваривания перпендикулярно расположенных проволок.
Сетки могут иметь квадратную или прямоугольную форму, поставляться в рулонах. Диаметр арматуры в сетке может быть от 3 до 10 мм для легких сеток, и более 12 мм для тяжелых сеток.
Использование готовой арматурной сетки позволяет увеличивать скорость строительства.
Расчет ж.б. конструкций
Арматура, прежде всего, подбирается согласно расчёту. В данной статье я не буду подробно рассматривать этот вопрос т.к. он очень большой. На практике для расчета монолитных конструкций используют специализированные программы, например: SCAD, Лира, Robot. Помимо этих программ есть еще множество, но эти программы наиболее часто употребляются для расчета ЖБК в нашей стране.
Расчет ЖБК (железобетонный конструкций) производится по первому и второму предельному состоянию.
Расчеты по предельным состояниям первой группы включают:
расчет по прочности;
расчет по устойчивости формы (для тонкостенных конструкций);
расчет по устойчивости положения (опрокидывание, скольжение, всплывание).
Расчеты по предельным состояниям второй группы включают:
расчет по образованию трещин;
расчет по раскрытию трещин;
расчет по деформациям.
При расчётах необходимо учесть различные ситуации в соответствии с ГОСТ Р 54257, в том числе стадии изготовления, транспортирования, возведения, эксплуатации, аварийные.
Литература
При проектировании и производстве железобетонных конструкций гражданских и промышленных сооружений необходимо соблюдать следующие нормы:
Также есть руководства и пособия к СНиП по проектированию железобетонных конструкций:
Posted in Железобетонные конструкции Tagged Железобетонные конструкции, Строительные нормыThis article has 6 Comments
Александр :Незаменимая часть бетонных строений это рифленая арматура
Кроме арматуры А-I вся арматура имеет рифление. Или вы про что-то другое?
Расчёт продольной рабочей арматуры в изгибаемых железобетонных элементах
Определяющими факторами при решении вопроса размещения арматуры в сечении являются:
а) обеспечение условий максимального использования потенциала прочности (текучести);
б) обеспечение условий совместности ее работы с бетоном;
в) учет особенностей напряженного состояния сечения элемента при изготовлении, транспортировании и монтаже;
г) требования п. 3.3 настоящего "Пособия" и других обстоятельств, не учитываемых расчетом (например, технологии изготовления).
Принципиальным вопросом обеспечения текучести арматуры является "рядность" (количество рядов) ее размещения по высоте сечения элемента. Лучшим решением является однорядное расположение арматуры с максимально возможным удалением от нейтральной оси и соблюдением требований по расстоянию между стержнями и величины защитного слоя. При невозможности размещения арматуры в один ряд и нецелесообразности уширения сечения возможно расположение арматуры в 2 - 3 ряда с учетом вероятного снижения расчетного сопротивления арматуры второго (третьего) рядов. При этом обязательно должны соблюдаться требования п. 5.12 СНиП по расстояниям в свету между рядами арматуры. Целесообразно также размещение стержней в одном вертикальном створе (стержни, располагаемые в шахматном порядке, затрудняют качественное бетонирование и, как следствие, возрастает риск снижения сцепления).
"Облагораживающее" влияние арматуры на бетон определяется зоной их взаимодействия. Относительная непрерывность этого достигается выполнением требований п. 5.18 СНиП, согласно которому расстояние между продольными стержнями в плоскостях изгиба не должно превышать 500 мм, а в перпендикулярном им направлении - 400 мм,
Для элементов (например, колонн), у которых напряженное состояние при транспортировке, изготовлении и монтаже отличается от эксплуатационного (расчетного!), размещение рабочей арматуры должно вестись с учетом этого обстоятельства (например, в колоннах она размещается ближе к граням сечения).
Сопряжение поперечной и продольной арматуры
Используется два типа сопряжений арматуры - сварные и вязанные. Первый тип предпочтителен по условиям технологичности изготовления арматурных изделий. Вязаные сопряжения применимы в сопряжениях поперечной арматуры с продольной напрягаемой, а также в элементах, подвергаемых динамическим (знакопеременным) воздействиям. В качестве поперечной обычно используется проволока B-I, Вр-I, стержневая арматура класса A-I.
Основные типы используемых хомутов представлены на рис. 3.2. [4]
Шаг хомутов по длине (высоте) элемента принимается с соблюдений требований п.п. 5.22 - 5.31 СНиП.
Расчет изгибаемых элементов таврового сечения.
В первый период применения железобетона перекрытия сооружений выполнялись в виде сплошных плит. Однако такие конструкции нерациональны, т.к. высота сжатой зоны составляет 1/10…1/15 их высоты ,а растянутая зона сечения бетона в расчете прочности не учитывается и служит для размещения арматуры.
Если часть бетона из растянутой зоны удалить, оставив его только вблизи арматурных стержней, то получится ребристая плита .Несущая способность плиты при этом не изменится, а расход бетона и вес конструкции значительно уменьшатся. Такие элементы, называемые тавровыми, широко применяются в виде балок, настилов ,в составе монолитных ребристых перекрытий.
Опыт показывает, что на участках, удаленных от ребра напряжения будут меньше .Это учитывается условным уменьшением вводимой в расчет ширины свесов .Для отдельных балок таврового сечения с консольными свесами, вводимая в расчет ширина полки должна составлять:
При расчете балок таврового сечения различают два случая: 1.Сжатая зона сечения находится в пределах полки ,или ниже полки
Случай 1 встречается в сечениях с развитой полкой, когда внешний изгибающий момент меньше или равен внутреннему моменту, воспринимаемому сжатой полкой сечения относительно центра тяжести арматуры.
Подбор таврового сечения может производиться, как для прямоугольного сечения по табличным данным по формулам:
Для получения расчетных формул изгибающий момент, воспринимаемый сечением ,разделяют на два момента :
а). Mfl - воспринимаемый свесами полки и соответствующей арматурой Аsfl.
б). Mrib - воспринимаемый сжатым бетоном ребра и соответствующей ему арматурой As.rib.
На сжатие работает бетон свесов полки, а на растяжение соответствующая часть всей арматуры As.rib. Данное сечение воспринимает момент:
Из условия равенства «0» суммы проекций всех сил на ось элемента:
Эта арматура составлят только часть полной арматуры As, теперь будем находить остальную часть арматуры, соответствующую армированию ребра As.rib.
На сжатие работает бетон ребра при высоте сжатой зоны х, а на растяжение остальная часть всей растянутой арматуры As.rib.
Напряженное состояние по этой схеме полностью соответствует напряженному состоянию сечения прямоугольной формы высотой «h» и шириной «b» с одиночной арматурой, которое воспринимает момент:
Площадь арматуры As.rib определяется как для прямоугольного сечения с одиночной арматурой шириной «b»:
10. As rib=Mrib/•ho•Rs (100)
Полное сечение растянутой арматуры определяется по формуле:
11). As=As fl+As.rib (11)
Далее по таблице 7 приложения находим диаметр и число продольных стержней, необходимых для армирования балки.
При расчете тавровых сечений наиболее часто приходится решать задачу по определению площади сечения арматуры As при заданных размерах сечения, классах материалов и расчетном изгибающем моменте «М»
План решения.
3. Находят площадь сечения арматуры As:
по формуле (7). Затем определяют Mrib по формуле (8) и As rib по формуле (10), как для балки прямоугольного сечения шириной «b». Полное сечение растянутой арматуры находят по формуле (11).
Задача типа 2
Если требуется установить несущую способность заданного сечения из формулы (1) определяют высоту сжатой зоны:
1. Определяем As,fl no формуле (7) и Mfl по формуле 6.
2. Находят As ,rib из формулы 11
3. Подсчитывают Mrib ,как для прямоугольного сечения с
х=Rs•As, rib/ Rb•b, а затем:
4. Mrib=Rs•As,rib (ho - x/2)
5. Определяют полный момент воспринимаемый сечением (его несущую способность) :
ПРИМЕР N1
Определить площадь арматуры As в элементе таврового сечения по следующим данным:
Арматура класса А111
Решение.
По таблицам приложения определяем расчетные характеристики:
1).Находим полезную (рабочую) высоту сечения ho=h-а=40-3=37см
8.5•62•4•(37-4/2)•(100)=7378000нсм=73.8кНм>42 кНм, следовательно, имеем 1-ый случай расчета.
A0=42•105/8.5•62•372• (100) =0.058< Aomax=0.42 (таб.5 приложения)
Расчет изгибаемых железобетонных элементов
Здесь и в других формулах допускается высоту h0 принимать от равнодействующих усилий в арматуре Аp и As. При отсутствии напрягаемой арматуры h0 = h01.
Расчет продольного стыка плиты проезжей части ребристых пролетных строений автодорожных и городских мостов на прочность производится с введением к правой части формул (7.19) и (7.20) коэффициентов условий работы, равных 0,8 - для бездиафрагменных и 0,9 - для диафрагменных пролетных строений.
Рисунок 7.1 - Схема усилий и эпюра напряжений в сечении, нормальном к продольной оси изгибаемого железобетонного элемента, при расчете его по прочности
а) если граница сжатой зоны проходит в плите (рисунок 7.2, a), т.е. соблюдается условие
расчет производится, как для прямоугольного сечения шириной b'f в соответствии с 7.62;
б) если граница сжатой зоны проходит в ребре (рисунок 7.2, б), т.е. условие (7.21) не соблюдается, расчет должен выполняться из условия
при этом высоту сжатой зоны бетона х следует определять по формуле
а - при расположении границы сжатой зоны в плите; б - то же, в ребре
Рисунок 7.2 - Форма сжатой зоны в сечениях железобетонных элементов с плитой в сжатой зоне
Кроме этого, в составных по длине конструкциях следует дополнительно производить расчет по формулам сопротивления упругих материалов на расчетные нагрузки (с коэффициентом надежности по нагрузке), включая усилие от предварительного напряжения. На всех стадиях работы в стыках, не армированных ненапрягаемой арматурой, не допускаются растягивающие напряжения в зонах, где эти напряжения возникают от внешней нагрузки.
Расчет прочности по нормальным сечениям элементов прямоугольного профиля (три типа задач)
Изгибу подвергаются железобетонные плиты и балки, которые могут быть как самостоятельными конструкциями, так и входить в состав сложных конструкций и сооружений (ребристые плиты, подпорные стены, рыбо-, судопропускные шлюзы, перегораживающие сооружения и др.). При одиночном армировании рабочая арматура расположена только в растянутой зоне.
Расчет по прочности нормальных сечений к продольной оси элементов прямоугольного сечения сводится к решению следующих задач:
- подбор такого поперечного сечения, которое соответствует требуемой прочности, т.е. определение требуемой площади сечения растянутой арматуры при заданных внешних усилиях, классах бетона и стали, предварительно назначенных размерах сечения элемента;
- определение требуемой площади сечения растянутой арматуры и недостающего размера сечения элемента при заданных внешних усилиях, классах бетона и арматуры, предварительно назначенных проценте армирования сечения и одном из размеров поперечного сечения элемента;
- проверка прочности заданного сечения элемента, заключающаяся в сопоставлении заданного внешнего изгибающего момента с внутренним, соответствующим предельному состоянию рассматриваемого сечения элемента.
Рассмотрим изгибаемый элемент прямоугольного поперечного сечения с одиночной арматурой (рис. ниже) в момент, когда в растянутой и сжатой зонах сечения, проходящего через трещину, одновременно наступает предельное состояние.
К расчету изгибаемых элементов с одиночным армированием
Чтобы составить условие прочности нормального сечения, отделим часть балки и покажем внутренние усилия, обеспечивающие равновесие этой части балки.
В сжатой зоне бетона
а в растянутой зоне
В расчетном предельном состоянии при разрушении элемента по случаю 1, составляются 2 условия прочности: относительно центра тяжести растянутой арматуры
или относительно центра тяжести сжатой зоны бетона
Из этих уравнений очевидно, что Мb=Ms т. е. предельные внутренние усилия в обеих зонах сечения одинаковы:
Основные уравнения прочности прямоугольных сечений изгибаемых элементов выше, справедливы при высоте сжатой зоны х меньше граничной высоты xR, т. е. когда соблюдается условие x ≤ h0 ξR
Условие выше справедливо только при ξ = х / h0 ≤ ξR , где ξR — граничное значение относительной высоты сжатой зоны, вычисляется по формуле
В зависимости w = α - 0,008Rb — характеристика сжатой зоны бетона.
α = 0,85 — для тяжелого бетона;
α = 0,8 — для легкого и поризованного бетона;
α = 0,75-0,8 — для мелкозернистого.
Напряжения в арматуре σsr принимаются в зависимости от класса арматуры. Напряжения σsr u = 500 МПа при γb2 < 1 и σsr u = 400 МПа при γb2 ≥ 1.
При решении задачи 1-го типа из уравнения выше определяют высоту сжатой зоны
Подставляя полученное значение «x» в формулу выше, вычисляют площадь As (сечения арматуры растянутой зоны)
По полученной величине As по сортаменту подбирают количество стержней, их диаметр и размещают арматуру в растянутой зоне сечения.
При решении задач 2-го типа определяют относительную высоту сжатой зоны бетона
по таблице ниже находят коэффициент φ =А0 = αm и вычисляют полезную (рабочую) высоту h0
а дальше ведут расчет по 1 типу. Граничную относительную высоту сжатой зоны ξR определяют по формуле выше или по таблице ниже.
Определение требуемой площади сечения продольной арматуры изгибаемого железобетонного элемента.
Тем кто самостоятельно считает строительные конструкции, интересует вопрос, как определить площадь сечения арматуры в жб балке? И если вам необходимо посчитать требуемую площадь сечения арматуры в железобетонном элементе, тогда воспользуйтесь данным примером.
Методика расчета принята согласно «Пособию по проектированию бетонных и железобетонных конструкций из тяжелого бетона без предварительного напряжения арматуры (к СП 52-101-2003)»
Что бы определить требуемую площадь сечения арматуры в железобетонном элементе нам необходимо знать изгибающий момент (Му), марку бетона, класс арматуры, размер сечения.
Для определения изгибающего момента воспользуйтесь программой для расчета одно и многопролетных балок.
Также нам необходимо знать расчетное значение сопротивления бетона Rb в зависимости от класса бетона по прочности на сжатие и осевое растяжение. Его мы берем из таблицы 5.2 СП:
В таблице значения указаны в МПа.
1 МПа = 10.19716213 кГс/см²
Что бы правильно подобрать требуемую площадь сечения арматуры в железобетонной балке, необходимо знать класс используемой арматуры. Чаще всего в строительстве для армирования железобетонных балок применяют продольную арматуру классом А400 или А500. Зная класс арматуры, мы легко можем подобрать расчетное значение сопротивления арматуры.
По табл. 5.8 СП 52-101-2003 выбираем расчетные значения сопротивления арматуры Rs:
В таблице значения указаны в МПа.
Также не забудьте учесть привязку к центру арматуры: а=2,5 см (у вас будет свое значение)
После сбора всех данных, можно приступить к расчету.
Как определить площадь сечения арматуры в жб балке. Пример расчета
Или можете воспользоваться готовой программой написанной в Excel
После того как мы посчитали требуемую площадь сечения арматуры, необходимо подобрать количество стержней и их диаметр.
В программе реализован способ подбора армирования только одинакового диаметра, а если необходимо подобрать армирование балки с разными диаметрами тогда воспользуйтесь таблицей площади поперечного сечения арматуры:
Выполняя данные рекомендации, вы легко сможете посчитать требуемую площадь сечения арматуры в жб балке.
Читайте также: