Сжатые элементы. Армирование сжатых и внецентренно сжатых элементов

Лекция № 1

СЖАТЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ

Внецентренно сжатые элементы – элементы, в которых расчетные продольные сжимающие силы N действуют с эксцентриситетом продольного усилия е0 по отношению к вертикальной оси элемента или на которые одновременно действуют осевая продольная сжимающая сила N и изгибающий момент М.

Рис. 1. Внецентренно сжатая колонна с начальным эксцентриситетом е0

Совокупность осевой продольной сжимающей силы N и изгибающего момента М можно заменить силой N, действующей с начальным эксцентриситетом . Начальный эксцентриситет в любом случае принимают не менее случайного коэффициента ea.

Для элементов статически определимых систем проектный эксцентриситет е0 принимают не менее суммы начального и случайного эксцентриситета, т.е. . Для элементов статически неопределимых систем проектный эксцентриситет е0 принимают равным значению эксцентриситета, полученного из статического расчета, но не менее случайного эксцентриситета еа, т.е. .

Рис. 2. Расчетная схема внецентренно сжатого элемента при случайном эксцентриситете еа 1 – геометрическая ось элемента; 2 – продольная арматура; 3 – поперечная арматура (хомуты)

2. Основные расчетные положения внецентренно сжатых элементов

При нагружении внецентренно сжатых элементов до предела их несущей способности (стадия III) в зависимости от величины эксцентриситета наблюдаются 2 случая разрушения: случай 1 – случай больших эксцентриситетов (рис.3); случай 2 – случай малых эксцентриситетов (рис.4).

Рис. 3. Расчетная схема внецентренно сжатого элемента (случай 1) 1 – геометрическая ось элемента; 2 – центр тяжести бетона сжатой зоны; 3 – хомуты

Условие несущей способности элемента:

При расчете внецентренно сжатых элементов по случаю 1 возможно применение таблиц:

Таким образом, расчет при помощи таблиц внецентренно сжатых элементов аналогичен расчету при помощи таблиц изгибаемых элементов с двойной арматурой.

Рис. 4. Расчетная схема внецентренно сжатого элемента (случай 2) 1 – геометрическая ось элемента; 2 – центр тяжести бетона сжатой зоны; 3 – хомуты

Условие несущей способности элемента:

3. Расчет внецентренно сжатых элементов с учетом продольного изгиба (п.8.1.15 СП 63.13330.2012)

Рис. 5. Продольный изгиб

При расчете внецентренно сжатых элементов следует учитывать влияние геометрической нелинейности их деформирования, т.е. влияние продольных сил на значение изгибающих моментов, которое упрощенно можно считать как влияние прогиба элемента на увеличение начального эксцентриситета продольной силы, а, следовательно, и изгибающих моментов. В общем случае, когда сжатый элемент является частью статически неопределимой системы, влияние продольного изгиба учитывается расчетом конструкции по деформированной схеме. В инженерной практике при расчете внецентренно сжатых элементов используют приближенные (упрощенные) методы, позволяющие учесть влияние прогиба на величину начального эксцентриситета, т.е. изменение величины начального момента, установленного статическим расчетом по упругой схеме. Приближенные методы учета продольного изгиба рассматривают сжатые элементы стрежневых систем как условно изолированные, учитывая особенности их деформирования в составе той или иной системы. При этом влияние кручения в расчетах не учитывают за исключением специальных случаев. Расчет должен гарантировать, что при наиболее невыгодной комбинации расчетных нагрузок не произойдет потеря устойчивости всей стержневой системы или ее отдельного элемента, при этом прочность любых сечений элемента является обеспеченной.

Значение коэффициента η – коэффициента, учитывающего влияние продольного изгиба (прогиба) элемента на его несущую способность - при расчете конструкций по недеформированной схеме определяют по формуле 8.14 СП 63.13330.2012:

где Ncrс – условная критическая сила по Эйлеру; N – продольная сила от внешней нагрузки

D – жесткость железобетонного элемента в предельной по прочности стадии, определяемая согласно указаниям расчета по деформациям; ℓ0 – расчетная длина элемента.

4. Армирование сжатых и внецентренно сжатых элементов

Размеры сечений внецентренно сжатых элементов (п. 10.2.2) для обеспечения их жесткости рекомендуется принимать такими, чтобы их гибкость в любом направлении не превышала: 200 – для железобетонных элементов; 120 – для колонн, являющихся элементами зданий; 90 – для бетонных элементов.

По п. 10.3.6 в железобетонных элементах площадь сечения продольной растянутой арматуры, а также сжатой, если она требуется по расчету, в процентах от площади сечения бетона, равной произведению ширины прямоугольного сечения или ширины ребра двутаврового сечения на рабочую высоту сечения μs = (As/b·h0)·100% следует принимать не менее: -0,1% - во внецентренно сжатых элементах при гибкости ( для прямоугольных сечений );

-0,25% - во внецентренно сжатых элементах при гибкости ( для прямоугольных сечений ); - для промежуточных значений гибкости значение μs определяют по интерполяции.

• В бетонных внецентренно сжатых элементах, рассчитываемых по прочности без учета растянутого бетона, у граней, где возникают растягивающие напряжения следует предусматривать конструктивное армирование. При этом коэффициент армирования μs принимают не менее 0,025%.
• По п.10.3.8 в железобетонных колоннах 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:
• 400 мм – в направлении, перпендикулярном плоскости изгиба;
• 500 мм – в направлении плоскости изгиба.
• В железобетонных стенах расстояние между стержнями вертикальной арматуры принимают не более 2·t и 400 мм (t –толщина стены), а горизонтальной – не более 400 мм.

Рис. 6. Армирование внецентренно сжатых сечений при размере поперечного сечения выше 800 мм

Поперечную арматуру следует устанавливать исходя из расчета на восприятие усилий, а также в целях ограничения развития трещин, удержания продольных стержней в проектном положении и закрепления их от бокового выпучивания в любом направлении (рис. 7).

Поперечную арматуру устанавливают у всех поверхностей железобетонных элементов ,вблизи которых ставится продольная арматура. По п. 10.3.12 диаметр поперечной арматуры в вязаных каркасах внецентренно сжатых