Войти  |  Регистрация
Авторизация

Учет совместной работы железобетона и стали



Упругость бетона

Основные особенности деформативных свойств бетона состоят в малой растяжимости и неупругой сжимаемости. Этим объясняются трещинообразование с выключением бетона из работы при появлении растягивающих напряжений и большие пластические деформации, развивающиеся при действии значительных сжимающих напряжений, причем задолго до достижения предельного состояния и намного более постепенно, чем в стали. Ниже будет показано, что в расчетах сталежелезобетонных пролетных строений неупругие свойства бетона необходимо учитывать.
Однако такого расчетного аппарата, который позволил бы полностью учитывать неупругие свойства бетона, пока не существует. В настоящее время все расчеты сталежелезобетонных пролетных строений начинают с предположения об упругости бетона, причем именно это предположение составляет основу всех расчетов. Неупругие свойства бетона учитывают преимущественно в форме различного рода поправок, вводимых главным образом при завершающих операциях расчета приближенными способами, в частности, при выполнении ряда расчетных проверок поперечных сечений сталежелезобетонных элементов на прочность, выносливость, трещиностойкость.
При решении статически неопределимой задачи и при вычислении изгибающих моментов, осевых усилий и других интегральных силовых факторов в сталежелезобетонных элементах работу бетона пока всегда полагают упругой, причем с модулем упругости Eб и соотношением n1 = Ес/Еб согласно табл. 11 независимо от величины и знака напряжений в бетоне. В необходимых случаях наряду с упругими деформациями учитывают деформации ползучести бетона. Влиянием выключения части бетона из работы или перехода части его в пластическую стадию работы здесь пренебрегают, но это приводит, как правило, лишь к небольшим погрешностям, вполне допустимым в целях упрощения расчета. Только в отдельных случаях, рассмотренных далее, приходится прибегать к корректировке расчетной схемы. Допущение об упругости бетона, как правило, принимают при определении интегральных силовых факторов независимо от того, что при проверке отдельных поперечных сечений бетон вопреки этому допущению могут полагать работающим пластически либо вовсе не учитывать.
Учет совместной работы железобетона и стали

До последнего времени растянутые зоны бетона не учитывали в расчетных схемах уже при решении статически неопределимой задачи. Однако, во-первых, это несколько усложняло расчет, поскольку, для того чтобы выключить бетон из работы, нужно было специальным предварительным расчетом определить границы выключаемой растянутой зоны (к тому же эти границы, строго говоря, следовало принимать различными для каждого загружения), а, во-вторых, это все равно неполностью отвечало действительности, поскольку не учитывалось увеличение жесткости за счет работы бетона в растянутой зоне на участках между трещинами.
Величины Еб и n1 = Ес/Еб по табл. 11 соответствуют работе бетона на сжатие, однако в целях упрощения расчета их условно используют также при работе бетона на растяжение, несмотря на то, что в действительности модуль упругости бетона при растяжении значительно меньше. Это допущение дает еще меньшую погрешность в решении статически неопределимой задачи, чем основное допущение об упругой работе бетона в растянутых зонах.
Величины n1 по табл. 11 вычислены при обычном модуле упругости стали Ec = 2 100000 кГ/см2. Они незначительно отличаются от аналогичных величин n1 по Техническим условиям CH 200-62, где величины n1 вычислены при Ec = 2000000 кГ/см2, имея в виду железобетонные сечения со стержневой арматурой из стали 25ГС, 35ГС и др.
Влияние сдвигов между железобетоном и сталью на силовые факторы

Податливость шва объединения железобетонной плиты со стальной конструкцией мало сказывается на распределении между железобетоном и сталью усилий и напряжений от вертикальных нагрузок. Это следует как из экспериментальных данных, так и из теоретических работ и др. В частности, в работе объединенные балки ряда разрезных железнодорожных пролетных строений были рассмотрены в предположении об упругости деформаций сдвига между железобетоном и сталью как составные стержни на упруго-податливых связях согласно теории проф. А.Р. Ржаницына. Коэффициент жесткости шва при этом был принят по экспериментальным данным. В результате были получены незначительные расхождения с обычными расчетами по гипотезе плоских сечений, что позволило сделать вывод о нецелесообразности учета податливости шва в расчетах обычных объединенных балок на вертикальные нагрузки. В ЦНИИСе соответствующий анализ был выполнен в предположении, что деформации сдвига между железобетоном и сталью являются не упругими, а пластическими, поскольку в действительности остаточные сдвиги часто даже превосходят по величине упругие сдвиги.
Если в шве объединения железобетона и стали появились пластические (или рыхлые) сдвиги, можно считать, что некоторые части вертикальной нагрузки II стадии работы gII передались не на объединенную балку, а на раздельно работающие стальной двутавр (нагрузка gс) и железобетонную плиту (нагрузка gб). Если Δ — величина сдвига по концам разрезной объединенной балки пролетом l (рис. 73), то
Учет совместной работы железобетона и стали

Полная нагрузка gI+gII+q распределяется при этом следующим образом:
- на стальной двутавр gI+gc;
- на железобетонную плиту gб,
- на балку объединенного сечения gII—gc— gб+q.
Учет совместной работы железобетона и стали

Например, для середины пролета изображенной на рис. 73 объединенной балки железнодорожного моста пролетом 45 м соответствующее увеличение напряжения в стали верхнего пояса составляет 5%, увеличение напряжения в стали нижнего пояса — 0,6% и уменьшение напряжения в бетоне — 3%. Эти цифры подсчитаны в предположении сдвигов Δ = 1 мм, что заведомо превышает величину, реально возможную в условиях нормальной эксплуатации. Следовательно, действительное перераспределение напряжений должно быть еще меньше.
Учет совместной работы железобетона и стали

Можно напомнить, что в общем сходное влияние сдвигов в поясных заклепочных соединениях на работу клепаной балки обычно не учитывают.
Влияние сдвигов на нормальные напряжения в объединенной балке увеличивается с увеличением ее жесткости (высоты и момента инерции) и уменьшением ее пролета. В разрезных балках это влияние для сечений, расположенных около опор, больше, чем для сечений вблизи середины пролета.
Игнорирование влияния сдвигов допускается для конструкций, в которых каждое сдвигающее усилие передается через один обычный шов объединения железобетона и стали, например, согласно рис. 74, а. В других случаях учет сдвигов является обязательным, в частности:
- если сдвигающее усилие передается через 2 (или более) шва объединения железобетона и стали (рис. 74, б);
- если шов имеет неплотную конструкцию и обладает значительной податливостью (рис. 74, в);
- если железобетонная плита является самостоятельным элементом (рис. 74, г) и сдвигающие усилия передаются на нее работой поперечных балок, связей или диафрагм в горизонтальной плоскости.
Вообще не учитывать совместную работу железобетонной плиты проезжей части с главными фермами в горизонтальной плоскости допускается только при осуществлении соответствующих специальных конструктивных мероприятий в виде деформационных швов, подвижных опираний и т. д.
Состав расчетных сечений

В стальной части при введении ее в состав сечения сталежелезобетонного элемента ослабления заклепочными или болтовыми отверстиями не учитывают. Напряжения по сечению «нетто», необходимые при проверке прочности и выносливости, рекомендуется определять после завершения общего расчета по сечению «брутто», для чего следует пользоваться коэффициентами ослабления, вычисляя их отдельно для каждой составной части стальной конструкции (горизонталов, вертикалов, уголков и т. д.).
Площадь железобетонной части (площадь бетона), входящую в состав сталежелезобетонного сечения, учитывают, разделив ее на коэффициент приведения к площади стали, равный обычно n1 = Ес/Еб по табл. 11. В некоторых расчетах, освещаемых ниже, бетон учитывают с различными условными модулями упругости, отличными от Eб. В этих расчетах принимают соответственно и иные коэффициенты приведения. По приведенной площади вычисляют приведенные статические моменты, моменты инерции и другие геометрические характеристики.
Площадь бетона замоноличивания как продольных швов сборной железобетонной плиты, так и открытых каналов для высокопрочной арматуры, обжимающей только стальную конструкцию и не обжимающей железобетон, учитывают в составе сечения так же, как и площадь основного бетона. Площадь раствора замоноличивания закрытых каналов для любой высокопрочной арматуры тоже учитывают в составе сечения. Если площадь швов или каналов не превосходит 10% общей площади бетона, различие модулей упругости их материала и основного бетона можно не принимать во внимание.
Если высокопрочная арматура, расположенная в открытых каналах, обжимает основной железобетон, то бетон замоноличивания оказывается необжатым и при растягивающих воздействиях временной нагрузки выключается из работы. Поэтому его в состав расчетного сечения не вводят.
Подливку сборной плиты не учитывают в составе сечения в связи с затрудненными условиями ее укладки. Гидроизоляцию с подготовкой, защитный слой, асфальтовое покрытие и верхнее строение железнодорожного пути не учитывают в составе сечения из-за неопределенного характера их работы. Цементобетонное покрытие, уложенное непосредственно по железобетону (без гидроизоляции), учитывают наравне с бетоном за вычетом слоя износа, принимаемого равным 2 см.
Обычную ненапрягаемую продольную арматуру железобетона следует учитывать в составе сталежелезобетонного сечения, если, конечно, она состыкована в поперечных швах сборной плиты. Раньше продольную арматуру часто не вводили в состав сечения во избежание увеличения трудоемкости расчета при отдельном учете каждого стержня или каждого ряда арматуры. Однако этого усложнения легко можно избежать, приняв, что центр тяжести сечения арматуры совпадает с центром тяжести сечения бетона и задавшись коэффициентом армирования.
Арматуру из высокопрочной проволоки, в виде пучков или стальных канатов, замоноличенных в каналах железобетона, учитывают в составе сталежелезобетонного сечения, разделив площадь ее сечения на коэффициент приведения nп = Ес/Еб, где Eп — модуль упругости применяемого вида высокопрочной арматуры. Шпренгельную высокопрочную арматуру, как уже указывалось, учитывают в качестве самостоятельного элемента.
Расчетную ширину железобетонной плиты, учитываемую в составе сечения сталежелезобетонного элемента, назначают так, чтобы на этой ширине максимальные значения действительных неравномерных по ширине напряжений были достаточно близки к равномерно распределенным напряжениям, вычисленным элементарными методами при отсутствии отброшенных участков плиты.
Точное определение напряжений в широкой плите балочной конструкции при упругой работе составляет задачу теории упругости. Распределение напряжений в плите неодинаково по длине балочной конструкции: у концов ее оно весьма неравномерно, а на среднем участке — значительно более равномерно.
Учет совместной работы железобетона и стали

Расчетную ширину плиты назначают, исходя из условий работы средних участков. Для концевых участков расчетную ширину плиты следовало бы назначать меньшей, чем для средних, однако этого с целью упрощения расчетов не делают. Нормальные напряжения в плите на концевых участках обычно недоиспользуются, а для сдвигающих усилий такое упрощение идет в запас прочности.
В работе рассмотрена с использованием вариационного метода проф. В.З. Власова одиночная балка симметричного сечения с тонкой плитой и получено отношение θ расчетной ширины плиты к полной действительной ее ширине
Учет совместной работы железобетона и стали

Легко видеть, что коэффициент θ по этой формуле часто, например, при l/c < 12 получается много меньше единицы. Объясняется это тем, что формула относится к одиночной балке, у которой оба свеса плиты консольные.
Согласно представленным на рис. 75 результатам исследований В.И. Петрашеня при объединении плиты с несколькими балками расчетная ширина ее 2b оказывается значительно ближе к действительной ширине плиты, приходящейся на одну балку, в данном случае — к расстоянию между балками В. Уже при l/B ≥ 4 расчетная и действительная ширина плиты практически совпадают. Для консольного свеса плиты расчетная и действительная величина свеса практически совпадают при l/C ≥ (10/12).
Согласно всем перечисленным данным расчетная ширина тонкой плиты (например, в виде стального листа) при обеспеченной устойчивости не зависит от ее толщины. Однако для толстых и узких железобетонных плит, в которых траектории напряжений располагаются не в горизонтальных, а в наклонных поверхностях, расчетная ширина плиты должна зависеть и от ее толщины.
Учет совместной работы железобетона и стали

В соответствии с изложенным для сталежелезобетонных элементов рекомендованы приведенные в табл. 12 расчетные величины свесов железобетонной плиты, объединенной с равноценными по жесткости соседними стальными конструкциями (рис. 76, а).
Учет совместной работы железобетона и стали

Согласно этим рекомендациям для главных балок и ферм железобетонную плиту обычно полностью учитывают в составе сечения, так как расчетная ширина железобетонной плиты по большей части совпадает с действительной ее шириной, приходящейся на одну балку или ферму.
Если железобетонная плита объединена одновременно со стальными конструкциями различной жесткости — и с главными и с продольными балками, то при расчете продольной балки на местный изгиб расчетная ширина плиты не должна превышать такой ширины, при которой центр тяжести объединенного сечения продольной балки располагается в нижней точке железобетона (рис. 76, б).
При расчете главной балки рассматриваемой конструкции в состав сечения включают полную расчетную ширину железобетонной плиты, определяемую расстоянием Вгф между главными балками (как будто продольных балок нет), а также расположенные на этой ширине стальные сечения продольных балок. Однако к площади последних вводят коэффициент 0,9, приближенно учитывающий податливость швов.
Добавить комментарий
Ваше Имя:
Ваш E-Mail:
  • bowtiesmilelaughingblushsmileyrelaxedsmirk
    heart_eyeskissing_heartkissing_closed_eyesflushedrelievedsatisfiedgrin
    winkstuck_out_tongue_winking_eyestuck_out_tongue_closed_eyesgrinningkissingstuck_out_tonguesleeping
    worriedfrowninganguishedopen_mouthgrimacingconfusedhushed
    expressionlessunamusedsweat_smilesweatdisappointed_relievedwearypensive
    disappointedconfoundedfearfulcold_sweatperseverecrysob
    joyastonishedscreamtired_faceangryragetriumph
    sleepyyummasksunglassesdizzy_faceimpsmiling_imp
    neutral_faceno_mouthinnocent