649 птп 09.04.2020

09.04.2020 Особенности проектирования балок замкнутого сечения.

Продольные размеры железобетонных балок совпадают с раз­мерами унифицированных элементов. Балки могут быть одно-, двух- и многопролетными. Поперечные сечения железобетонных балок по форме самые различные: прямоугольные, тавровые, двутавро­вые, трапециевидные, полые и др. 

Поперечные сечения балок рекомендуется принимать тонкостен­ными с развитой сжатой зоной (тавровое, коробчатое), так как та­кие сечения являются наиболее экономичными но расходу матери­алов; целесообразно предусматривать полезную высоту сечения, возможную наибольшую, и толщину ее стенок, наименьшую. Это заранее предусмотренное решение позволяет повысить несущую способность, жесткость и трещиностойкость элементов. 

Высота балок назначается в зависимости от их длины пролета и составляет (1/10 - 1/20)l, ширина поперечного сечения — (1/2 - 1/4)h (высоты).

В целях унификации размеров поперечных сечений балок при­нимают высоту сечения кратной 50 мм при h ≤ 600 мм и 100 мм при h 600 мм; ширину балок принимают 100, 120, 150, 180, 250 и далее, кратной 50 мм.

Продольную рабочую арматуру следует располагать у грани, работающей на растяжения. Защитный слой бетона должен иметь как можно меньшую допускаемую величину. При высоте балок до 600 мм, при расположении продольной арматуры в один ряд, тол­щина этого слоя составляет 30-50 мм, а при большей высоте и расположении рабочей арматуры в два ряда она составляет 50-70 мм. 

Так как на любой железобетонный элемент обязательно дей­ствуют силы и нагрузки, направленные перпендикулярно продоль­ной оси элемента, то правилами проектирования должны обязатель­но устанавливаться хомуты (поперечная арматура) в сечении эле­мента. Эта арматура приваривается к продольной рабочей арматуре. При этом образуются монтажные каркасы. Каркасы преимуществен­но применяются сварные, но нередко и вязаные. 

Число плоских сварных каркасов в сечении балки назначается в зависимости от ее ширины. При ширине сечения до 100-150 мм устанавливают один каркас. При большей ширине сечения разме­щают в нем два и более каркасов. 

Расстояние между продольными стержнями в растянутой зоне принимают не менее диаметра арматуры или не менее 25 мм, а в сжатой зоне не менее 30 мм. При расположении продольной арма­туры по высоте сечения более чем в два ряда, расстояние по гори­зонтали между продольными стержнями верхних (над вторым ря­дом) рядов должно быть не менее 50 мм.  

Расстояние между поперечными стержнями (шаг) при высоте сечения h ≤ 450 мм должно быть S ≤ 0,5h и не более 150 мм, а при большей высоте сечения не более 1/3h и не более 500 мм. Эти тре­бования относятся к приопорным участкам балок, длина которых составляет 1/4 часть от общей длины пролета. На остальной части пролета при высоте балок более 300 мм шаг между хомутами мо­жет быть увеличен до 3/4h, но не более 500 мм. 

Диаметр продольной рабочей и монтажной арматуры балок принимают не менее 12 мм. Для продольной арматуры, устанавли­ваемой по конструктивным соображениям, а также для продольных монтажных стержней сварных каркасов сборных балок, допускает­ся применять стержни и меньших диаметров. 

Продольную рабочую арматуру назначают из стержней одина­кового диаметра и в крайнем случае из стержней двух разных диа­метров. При этом стержни большего диаметра размещают в первом ряду, в углах сечения и при вязаных каркасах — в местах перегиба хомутов. Рабочую продольную арматуру размещают по возможно­сти равномерно по ширине поперечного сечения балки: обычно в один и редко в два ряда. Особо следует избегать шахматного разме­щения стержней верхнего ряда относительно нижнего, в связи с тем, что при этом труднее достигнуть тщательного заполнения бетон­ной смесью промежутков между стержнями. 

При расположении продольных рабочих стержней в два ряда и более, центр тяжести сечения арматуры перемещается кверху, вслед­ствие чего плечо внутренней пары сил (h₀ - 0,5x) уменьшается и тем самым снижается несущая способность балки. Нижний ряд арматуры будет иметь перенапряжения, а верхний — недонапряже- ния. Это обстоятельство не позволяет полностью использовать проч­ность рабочей арматуры. Поэтому нормами запрещается уклады­вать рабочую арматуру более чем в три ряда.  

Типы хомутов в вязаных каркасах

а — открытый двухветвевой хомут; б — то же, хомут закрытый; в — открытые четырёхветвевые хомуты; 1 — двухветвевые хомуты одного типа; 2 — то же, разного типа; а_b ≥ 20 мм при d до 20 мм, а_b ≥ 25 мм при d = 25 мм и более, а_b ≥ 30 мм при d = 32 мм и более

Для экономии стали при числе продольных стержней растяну­той зоны 4 и более часть стержней обрывают (в сварных каркасах) или отгибают (в вязаных каркасах) согласно очертанию эпюры из­гибающих моментов. Два стержня обязательно доводятся до опор. 

Отгибы в вязаных каркасах устраивают под углом 45°, но при высоте балок более 800 мм угол наклона отгибов может быть уве­личен до 60°, а в низких балках он может быть доведен до 30°. 

Пример армирования вязаными каркасами приведен на рисунок выше.

Для размещения напрягаемой арматуры следует предусматри­вать уширение растянутой зоны ребра балки, которое одновремен­но служит для обеспечения прочности этой части сечения при об­жатии элемента. В предварительно напряженной балке кроме на­прягаемой арматуры укладывают и ненапрягаемую (по расчету или конструктивно), располагая ее ближе к наружным поверхностям элемента, чтобы хомуты охватывали все продольные стержни. 

Задача 1. Определить количество стержней рабочей арматуры растянутой зоны железобетонного элемента прямоугольного сечения по следующим данным: b = 35 см, h = 80 см, бетон класса В30, рабо­чая продольная арматура класса А300, расчетный изгибающий мо­мент М = 320 кНм, коэффициенты условий работы бетона γ_b2 = 0,9, арматуры γ_s = 1,07, коэффициент надежности по назначению для гид­ротехнического сооружения I класса γ_n = 1,2.

Решение. Имеем первый тип задач с одиночным армированием. Находим расчетные сопротивления бетона и арматуры  R_b =17 МПа, R_s = 270 МПа.

Вычисляем рабочую (полезную) высоту сечения, приняв защит­ный слой бетона а = 5 см,

h₀ = h - а = 80 - 5 = 75 см.

Определяем величину коэффициента α_m

По таблице "коэффициенты для расчета железобетонных изгибаемых элементов прямоугольного сечения",  находим значение относительной высоты сжатой зоны сечения ξ = 0,138 _R = 0,577. Из этой же таблицы берем значение коэффициента ζ = 0,932. Величина граничного значения относительной высоты сжатой зоны сечения принята по таблице.