Общие понятия. Понятие случайного эксцентриситета
К центрально сжатым элементам условно относят: промежуточные колонны в зданиях и сооружениях; верхние пояса ферм, загруженных по узлам; восходящие раскосы и стойки ферменной решетки (рис.1.4.1), а так же некоторые другие конструктивные элементы. В действительности, из-за несовершенства геометрических форм элементов конструкций, отклонения их реальных размеров от назначаемых по проекту, неоднородности бетона и других причин обычно центральное сжатие в чистом виде не наблюдается, а происходит внецентренное сжатие с так называемыми случайными эксцентриситетами.
По форме поперечного сечения сжатые элементы со случайным эксцентриситетом выполняют чаще всего квадратными или прямоугольными, реже круглыми, многогранными, двутавровыми. Размеры поперечного сечения колонн определяют расчетом. В целях стандартизации опалубки и арматурных каркасов размеры прямоугольных колонн назначают кратными 50 мм, предпочтительнее кратными 100 мм. Чтобы обеспечить хорошее качество бетонирования, монолитные колонны с поперечными размерами менее 250 мм не рекомендуется применять. В условиях внецентренного сжатия находятся колонны одноэтажных производственных зданий, загруженные давлением от кранов, верхние пояса безраскосных ферм, стены прямоугольных в плане подземных резервуаров, воспринимающие боковое давление грунта или жидкости и вертикальное давление от покрытия (рас.1.4.2). В них действуют сжимающие силы N и изгибающие моменты М поперечные силы Q.
Расстояние между направлением сжимающей силы и продольной осью элемента ео называется эксцентриситетом. В общем случае в любом месте элемента статически определимых конструкций значение эксцентриситета определяют по выражению:
Для элементов статически неопределимых конструкций принимают:
eo= M/N, но не менее еа (4.2)
Рис.1.4.1.Центрально-сжатые элементы (со случайными эксцентриситетами: 1– промежуточные колонны (при одинаковом двустороннем загружении); 2- верхний пояс ферм (при узловом приложении нагрузки); 3- восходящие раскосы; 4- стойки; F- нагрузка от покрытия.
По нормам случайные эксцентриситеты еа следует принимать равными большему из следующих значений: 1/30 высоты сечения элемента; 1/600 длины элемента (или ее части между местами, закрепленными от поперечных перемещений). В сборных конструкциях следует учитывать возможность образования случайного эксцентриситета вследствие смещения элементов на опорах из-за неточности монтажа; при отсутствии опытных данных значение этого эксцентриситета принимают не менее 10 мм.
Внецентренно сжатые элементы целесообразно выполнять с развитыми поперечными сечениями в плоскости действия момента.
Сжатые элементы с большим эксцентриситетом и малым эксцентриситетом (принципиальные отличия). Случайный эксцентриситет.
Если сила N приложена вдоль оси элемента, т.е. центрально, то очевидно, что все сечение равномерно сжато, напряжения в бетоне и арматуре в предельной по прочности стадии достигают расчетных сопротивлений. При смещении N от оси в сторону арматуры S¢ на величину эксцентриситета ео эпюра напряжений искривляется, напряжения в арматуре S уменьшаются: ssc xR, а напряжения в арматуре S могут быть сжимающими (0 £ ssc £ Rsc), нулевыми или растягивающими (ss
Вот почему к эксцентриситету ео, полученному из статического расчета, добавляют случайный эксцентриситет еа, принимаемый не менее 1/600 длины элемента, не менее 1/30 высоты его сечения и не менее 10 мм. Следовательно, если по результатам статического расчета ео= 0 (центральное сжатие), то назначают ео = еа. Исключение составляют только элементы статически неопределимых систем, но и в них расчетный эксцентриситет принимают не менее случайного.
Косвенное армирование. Понятие: расчетная длина. Понятие гибкость. Что определяет разрушение внецентренно-сжатого элемента? Общее и различие причин возможного разрушения по сравнению с изгибаемыми ж/б элементами.
Для повышения прочности бетона можно применить косвенное армирование. Несущая способность повышается за счет расположения поперечной арматуры с малым шагом как по длине элемента, так и по его сечению. Косвенная арматура в виде поперечных сварных сеток или спиралей, охватывающих снаружи продольные стержни, препятствует поперечному расширению бетона и повышает его сопротивление продольному сжатию. Разрушение элемента происходит, когда косвенная арматура достигает предела текучести. Следует, однако, помнить, что сетки косвенного армирования затрудняют укладку и уплотнение бетона. Кроме того, косвенное армирование эффективно только при малых эксцентриситетах и при небольшой гибкости элементов.
Расчетная длина – это длина изгиба. Расчетная длина l0 вычисляется по формуле:
l0 = μl, где μ — коэффициент, зависящий от условий закрепления стрежня, а l — геометрическая длина. Расчетная длина, также называется привиденной или свободной.
Характер разрушения внецентренно-сжатых элементов зависит от эксцентриситета приложения продольной силы и количества арматуры. В зависимости от напряжения в растянутой арматуре условно различаются два расчетных случая:
Случай 1 наблюдается при относительно большом эксцентрисетете приложения нагрузки или небольшом количестве арматуры. В этом случае со стороны растянутой грани появляются трещины, которые при увеличении нагрузки развиваются, ширина их раскрытия увеличивается и напряжение в растянутой арматуре достигает предела текучести, а затем наступает разрушение сжатой зоны бетона.
Случай 2 наблюдается при небольшом эксцентрисетете приложения нагрузки или при большом количестве арматуры. В этом случае арматура со стороны менее напряженной грани сечения либо слабо растянута, либо сжата. Разрушение элемента начинается со стороны более сжатой грани. Напряжение в арматуре и в сжатом бетоне достигают предельных величин сопротивления.
Считается внецетренно-сжатый элемент почти также как и сжатый, но здесь учитываем сжимающую силу. Если в изгибаемом элементе разрушение рассматривают только в этих двух случаях, то в внецетренно-сжатом рассчитывают колонну на устойчивость. Устойчивость зависит от сечения колонны и нагрузки. Если колонна ниже то, при том же сечении она потеряет устойчивость при большей нагрузке. N критическое – та нагрузка при которой колонна потеряет устойчивость. N критическое зависит от характеристик элемента, геометрических параметров конструкции, от прочностных данных и т.д. N критическое высчитывается сравниваем с той силой, которая реально действует на конструкцию. Если реально действующая сила меньше N критического – то все хорошо. Чем ближе отношение N к N критическое к 1, тем больше опасность, значит чем больше η, тем больше возможность разрушения.
Дата добавления: 2018-02-18 ; просмотров: 2147 ;
Учет случайного эксцентриситета и продольного изгиба при расчете армирования железобетонных стен
В процессе реальной работы конструкций всегда присутствуют случайные факторы, которые не возможно замоделировать в расчетной схеме.
Существует класс конструкций, в которых в соответствии со статическим расчетом продольная сила действует по оси, проходящей через центр тяжести сечения. Но в процессе реальной работы в этих конструкциях присутствует эксцентриситет, возникающий по случайным причинам. Например, таким как:
По мнению российских исследователей В.М. Бондаренко, А.В. Боровских дополнительным фактором вызывающим случайный эксцентриситет является неточность расположения арматурных стержней.
Наличие вышеперечисленных факторов вызывает в конструкции дополнительный изгибающий момент, что значительно усугубляет ситуацию. Поэтому при расчете таких элементов необходимо учитывать случайный эксцентриситет еа, принимаемый не менее:
В зависимости от статической определимости конструкции величина расчетного эксцентриситета еоопределяется по-разному. Для статически определимых конструкций значение ео принимают равным сумме эксцентриситетов из статического расчета конструкций и случайного.
Для статически неопределимых конструкций, вследствие возможности перераспределения усилий, величина расчетного эксцентриситета принимается только из расчета, но не менее случайного.
Если рассматривать гибкие элементы (l0/i > 14), то под влиянием внешней нагрузки они деформируются (изгибаются), вследствие чего начальный случайный эксцентриситет увеличивается. Этот факт так же следует учитывать при проверке прочности и определении требуемого количества арматуры в элементе. Нормативные документы допускают проведение расчета по недеформированной схеме, но в таком случае для учета продольного изгиба конструкции начальный эксцентриситет умножается на дополнительный коэффициент. Формула для его вычисления представлена в п. 8.1.15 СП 63.13330.2012.
Сегодня большинство строительных конструкций рассчитывается с помощью программного обеспечения. Проектировщику достаточно только замоделировать работу конструкций и задать исходные данные для проведения расчета. И тут возникает вопрос: «В каком программном комплексе Вы рассчитываете строительные конструкции? Есть ли в нем возможность учета случайного эксцентриситета и продольного изгиба при расчете ЖБ колонн и стен?»
В ПК STARK ES реализован учет случайного эксцентриситета и продольного изгиба при расчете стержневых элементов (колонн), а так же при расчете пластинчатых элементов (стен).
Рассмотрим пример расчета диафрагмы жесткости монолитного каркаса многоэтажного здания и сравним результаты, полученные при одинаковых силовых факторах, но разных условиях расчета:
— без учета случайного эксцентриситета и продольного изгиба;
— с учетом случайного эксцентриситета;
— с учетом случайного эксцентриситета и продольного изгиба.
В случае учета случайного эксцентриситета и продольного изгиба для стен необходимо указывать значения расчетных длин Ls и Lr (Рисунок 1). При этом под длиной Ls следует понимать расчетную длину стенки при ее выпучивании в плоскости sot местной системы координат элементов, а под длиной Lr – расчетную длину стенки при ее выпучивании в плоскости rot (Рисунок 2). Согласно Рисунку 2 расчетную длину Ls можно определить путем умножения высоты стены на коэффициент соответствующий условиям закрепления конструкции (п. 8.1.17 СП 63.13330.2012). А вот расчетную длину Lr можно определить только в результате расчета на устойчивость, при условии получения формы потери устойчивости по этой стене (принимаем длину полуволны).
Рисунок 1 – Исходные данные для расчета армирования стен
Рисунок 2 – Расчетные длины для стены
Результат подобранного вертикального армирования диафрагмы жесткости при различных условиях расчета представлен на рисунке 3.
Рисунок 3 – Результат расчета требуемого вертикального армирования диафрагмы жесткости на высоту трех этажей
Вывод: Случайный эксцентриситет, а также продольный изгиб конструкции оказывает значительное влияние на ее несущую способность. Отсутствие в расчетной программе учета данных факторов приводит к заниженному результату расчета, к недостатку армирования несущих элементов здания и как следствие, может привести к катастрофе.
Автор: Страхова А.А., ООО «БилдСофт»