Проектир. самонапряж. ЖБК (к СНиП 2.03.01-84), часть 4
Сечение арматуры по формулам (10) и (11) настоящего приложения получается с некоторым запасом, который можно компенсировать, введя коэффициент 0,97. Из выражений (10) и (11) видно, что учет потерь самонапряжения s s8 требуется только при назначении сечения арматуры конструкции. Например, при расчете напорных труб резервуаров и различных подземных сооружений потери s s8 в формулах (10) и (11) обычно принимаются равными нулю, поскольку самонапряжение в период эксплуатации сооружения в контакте с водой полностью восстанавливается.
8. При проектировании самонапряженных конструкций необходимо учитывать, что напрягающий бетон обладает высокими сопротивлениями растяжению при изгибе Rbtb и осевому растяжению rbt,ser . Так, например, фактическое сопротивление напрягающего бетона растяжению при изгибе для бетона классов В 30 — В70 находится в пределах 6 — 10 МПа. На это указывают многочисленные контрольные испытания растворов и бетонов на НЦ, которые дают в 1,5 ¾ 2 раза более высокое отношение rbt,ser /Rbn по сравнению с нормированной величиной этого отношения для бетонов на портландцементе.
9. Большинство конструкций, для которых может быть применен напрягающий цемент, имеет прямоугольную форму поперечного сечения (стенки трубы и резервуара, полы и покрытия промышленных складов, стенка трубопровода большого диаметра, объемные блоки квартир в жилищном строительстве и т.д.), т.е.
y f = 0 ; y¢ f = 0 ; s¢ f = 0.
В этих случаях расчетные формулы (4) ¾ (7) настоящего приложения будут иметь вид:
(4
¢
)
(5
¢
)
где
(6
¢
)
(7
¢
)
10. Проверка напряжений крайних наиболее сжатых волокон бетонного сечения при расчетной нагрузке трещинообразования производится по формулам:
(12)
(13)
где y b и y¢ b определяются по формулам:
y b = y sp + y¢ sp + y f , (14)
y¢ b = y sp + y¢ sp + y¢ f . (14 ¢ )
11 . Принятое сечение балки проверяется расчетом по предельным состояниям первой группы (черт. 4) по формуле
(15)
где
(16)
или по приближенной зависимости для сечений со свесами
М
±
NaN
= Nsp
(h asp
)
+
N'sp
(h a'sp
)
N'
.
(16
¢
)
Выбранная конструкция должна удовлетворять условию
(17)
где
Черт. 4. Напряженное состояние обобщенного сечения изгибаемой конструкции при расчете по прочности
12. Расчет главных растягивающих и сжимающих напряжений производится при нормативной нагрузке по формулам:
F=( 1 + y 'f + y f )bh, (18)
(19)
(20)
где d о ¾ относительная координата центра тяжести:
Напряжения s bc и t x определяются по формулам:
(21)
(22)
Главные напряжения s m при предварительном напряжении в продольном и поперечном направлениях определяются по формуле
(23)
Формула (23) позволяет выбрать оптимальную степень самонапряжения s bp s bx по заданным s bx в продольном направлении.
2. ВЫБОР ОТНОСИТЕЛЬНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК СЕЧЕНИЯ
При подборе сечения изгибаемых элементов конструкций и определении необходимого армирования по заданным нагрузкам предварительно необходимо решить конструктивные вопросы и назначить относительные величины будущего сечения конструкции и его конфигурацию, а именно:
а) устройство уширений и свесов, что важно для предварительно напряженных конструкций;
б) выбор относительных размеров этих элементов, т. е. y¢ f и y f ;
в) развитие элементов усилений в виде относительных расстояний от центров их тяжести до крайних волокон конструкции d ' f и d f ;
г) размещение места приложения предварительно напрягаемой арматуры относительно нижней грани конструкции d sp и d ' sp .
Таким образом, проектировщик, перед которым стоит задача определить оптимальные размеры сечения и его армирование, должен выбрать заранее форму сечения конструкции, не задаваясь конкретными размерами.
Есть много предпосылок и данных, оправданных практикой применения предварительно напряженных конструкций, которые позволяют утверждать, что только в тонких плитах сечение имеет прямоугольную форму и, следовательно, y¢ f и y f равны нулю. Балки из экономических соображений выполняются со свесами (полками), а при значительных пролетах и нагрузках ¾ обязательно с уширениями. Только в частных случаях и в монолитном железобетоне применяются сечения прямоугольной формы.
Таким образом, необходимо всегда в первую очередь рассматривать форму будущей балочной конструкции как сечение со свесами и уширениями. Обычно y¢ f выбирают в пределах 0,4 — 0,8, y f — в пределах 0,3 0,6. Чем больше величины y¢ f и y f , тем тоньше будет вертикальная стенка конструкции и выгоднее распределяться бетон в сечении.
Однако наибольшие величины свесов и уширений следует принимать только при наличии в вертикальной стенке поперечной предварительно напряженной арматуры в виде предварительно напряженных отгибов и хомутов, иначе в процессе расчета придется увеличивать толщину стенки. Большие величины y¢ f и y f выбираются также при значительных нагрузках, когда ясна необходимость размещения напрягаемой арматуры в уширениях и восприятия большой силы сжатия в верхней зоне конструкции. Обычно рекомендуется принимать:
а) для высоких слабонагруженных конструкций
y¢ f = 0,4 ¾ 0,5 и y f = 0,3 ¾ 0,4;
б) для гибких и низких конструкций (с h/L от 1/16 до 1/20)
y¢ f = 0,5 ¾ 0,7 и y f = 0,4 ¾ 0,5;
в) для низких сильнонагруженных конструкций с поперечной предварительно напряженной арматурой
y¢ f = 0,7 ¾ 0,8 и y f = 0,5 ¾ 0,6.
Жесткость конструкции обычно зависит от условий интенсивности ее нагружения. Различают три степени нагружения:
тяжелое при M/Q < L /8;
среднее при M/Q = L/4,
легкое при M/Q > L/4.
Отношение M/Q по существу является пролетом среза.
Высоту сечения принимают по табл. 2 в зависимости от пролета и условий нагружения.
Таблица 2
Отношение h/L для плит и балок
|
Вид |
Отношение h/L при нагружении |
||
|
конструкций |
тяжелом |
среднем |
легком |
|
Плиты |
1/18 ¾ 1/20 |
1/20 ¾ 1/25 |
1/25 ¾ 1/35 |
|
Балки |
1/10 ¾ 1/12 |
1/14 ¾ 1/18 |
1/18 ¾ 1/22 |
Всю конструктивно устанавливаемую в элемент арматуру в самонапряженном железобетоне рекомендуется учитывать в качестве рабочей арматуры, поскольку она напрягается бетоном одновременно с рабочей и входит в сечения А s и А' s .
Применяя свесы и уширения, можно предусмотреть степень их развития в ширину. Для этого нужно выбрать относительные координаты свесов и уширений d 'f и d f . Обычно их принимают в пределах d 'f = 0,04 ¾ 0,06 и d f = 0,05 ¾ 0,08, что дает возможность развить сжатую зону конструкции в ширину и получить возможность разместить напрягаемую арматуру по высоте.
Необходимо иметь в виду, что размеры уширений y f могут быть свободно увеличены или уменьшены для лучшего размещения напрягаемой арматуры растянутой зоны балки без существенных изменений трещиностойкости конструкции и, следовательно, без необходимости пересчета сечения.
Относительное расположение напрягаемой арматуры должно быть точно выбрано заранее, так как всякие перемещения центра приложения равнодействующей напрягаемой арматуры растянутой зоны существенно меняют несущую способность конструкции. Обычно значение d sp выбирают в пределах 0,10 ¾ 0,15, чтобы, с одной стороны, не выйти далеко за пределы ядра сечения конструкции, а с другой дать возможность разместить необходимое количество напрягаемой арматуры внизу прямоугольной части сечения и в уширениях. Во всяком случае, обычно d sp > d f . Расположение верхней напрягаемой арматуры должно соответствовать условию d¢ sp > I d¢ f . В результате расчета по трещиностойкости на воздействие эксплуатационных и монтажных нагрузок для принятых величин d sp и d¢ sp сечение напрягаемой арматуры А s и А ¢ s рекомендуется определять из условия, чтобы равнодействующая усилий в арматуре находилась в сечении в оптимальном положении.
Задаваясь относительными размерами сечения, можно при дальнейшем расчете рассмотреть много различных вариантов и выбрать по ним экономически наиболее целесообразный. Возможность легко и быстро получить широкую матрицу различных размеров сечения и армирования позволяет в каждом случае выбрать оптимальное решение.
3. ПОРЯДОК ПОДБОРА СЕЧЕНИЯ И РАСЧЕТА ЭЛЕМЕНТОВ САМОНАПРЯЖЕННЫХ КОНСТРУКЦИЙ
Расчет элементов предварительно напряженных конструкций производится на действие двух видов нагрузок:
от эксплуатационных М и N и монтажных М1 и N1 для сборных предварительно напряженных конструкций;
от других, вызывающих изгибающие моменты противоположных знаков, для статически неопределимых конструкций, составленных из отдельных элементов.
При заданных М , N и М1 , N 1 рекомендуется следующий порядок расчета:
выбирают (в зависимости от нагрузок) относительные характеристики сечения: y¢ f , y f , d¢ f , d f , d s и d¢ s ;
по заданным y¢ f и g = 2 d¢ f по табл. 1 настоящего приложения определяют коэффициенты F, В, F1 , В 1 ,
по формулам (4) и (5) настоящего приложения находят относительные характеристики y sp и y¢ sp ;
по известным y sp , y¢ sp , y f , y ¢ f и g = 2 d¢ f подсчитывают y b, y¢ b и s b1 , s b2 ;
далее производят подбор сечения бетона и арматуры, для чего задаются различными значениями h, b, rbt,ser или Rbtn в тех пределах, в которых это для рассматриваемого случая рационально, и, используя ЭВМ, составляют таблицы для величин s b1 , s b2 , Nsp = y sp h и N¢ sp = y¢ sp h ;
подсчитывают величины ожидаемых потерь предварительного напряжения от усадки, ползучести и других факторов всех сравниваемых сечений с известным напряженным состоянием. Можно также задаться размерами потерь и затем установить условия изготовления конструкции, с тем чтобы потери не превышали заданных размеров;
подбирают сечение арматуры по формуле (10) или (11) настоящего приложения и составляют соответствующую таблицу-матрицу их значений для h, b и rbt,ser (Rbtn ), отбросив те сечения, для которых s b1 или s b2 > Rb (Rbn ). В таблицу вносят и другие характеризующие конструкцию величины ¾ расход бетона, ее массу и т. д.;
составляют таблицу сопоставления расхода материалов и стоимости конструкции при различных размерах сечения и армирования, а также при различных марках бетона и видах арматуры; такая таблица является результирующей и служит для окончательного выбора характеристик сечения h, b, rbt,ser или Rbtn и армирования As и A ' s ;
выбранное сечение проверяют по формулам (15) и (16) по несущей способности или прочности по нормальным сечениям, по эксплуатационной и монтажной нагрузкам;
проверяют несущую способность и трещиностойкость по наклонным сечениям в местах обрывов предварительно напряженной арматуры, если она не доводится до опоры;
проверяют главные напряжения для всех элементов конструкций, кроме элементов прямоугольного сечения и вертикальной стенки на центральной оси, в местах примыкания стенки к полкам или в других, которые будут вызывать сомнения. Для этого пользуются формулами (18) ¾ (23), в случае необходимости утолщают стенку балки преимущественно в опорных зонах; опорные сечения проверяют на срез и по горизонтальному сечению над арматурой;
проверяют жесткость конструкции и определяют ее прогибы;
определяют напряжения s b1 и s b2 от монтажных нагрузок и воздействий при изготовлении и транспортировании конструкции. Величину предварительного напряжения отогнутой пучковой арматуры обычно рассчитывают для мест, где пучки выходят из конструкции;
выполняют другие проверки, когда это требуется;
составляют окончательное заключение и описание конструкции.
СОДЕРЖАНИЕ
Предисловие
1. Общие положения
2. Материалы для самонапряженных железобетонных конструкций
3. Определение величины напряжений в бетоне и арматуре при самонапряжении конструкций
4. Расчет элементов самонапряженных железобетонных конструкций
5. Перераспределение напряжений в сечении элементов с помощью силовой калибровки при самонапряжении
6. Конструктивные требования
Приложение 1. Обязательное. Методика определения самонапряжения напрягающего бетона на напрягающем цементе
Приложение 2. Рекомендуемое. Примеры расчета самонапряженных конструкций
Пример 1. Расчет стенки круглого резервуара для воды
Пример 2. Расчет железобетонной трубы в стальной оболочке диаметром 0 , 522 м
Пример 3. Расчет балки покрытия промышленного здания пролетом 12 м с сильноагрессивной средой
Пример 4. Расчет покрытия базисного склада завода тяжелых транспортных машин на резиновом ходу
Пример 5. Расчет напорной самонапряженной трубы диаметром 7 , 5 м
Приложение 3. Рекомендуемое. Прямой метод расчета самонапряженных конструкций