Архив рубрики «НОВЫЕ ФОРМЫ ПРЕДВАРИТЕЛЬНО НАПРЯЖЕННЫХ КОНСТРУКЦИЙ»
На приведены схемы предварительно напряженных конструкций на стадии изготовления с натяжением арматуры на бетон. Здесь ненапряженную арматуру помещают в формы для изготовления конструкции и производят ее бетонирование анало-гично описанному для центрального растяжения.
После затвердевания бетона производится последующее натяжение арматуры с упором на бетон до усилия в арматуре NH.C, когда балка приходит в , при котором отсутствуют внешние силы. Нагружением конструкции моментом MQ будет достигаться основное напряженное состояние 5.
Ввиду того что усилие N0 всегда задано или может быть легко подсчитано для любого возраста конструкции и для любых условий ее использования и эксплуатации, всегда известна величина нулевого изгибающего момента М0.
Все характерные состояния конструкций даны на схемах.
При натяжении арматуры на упоры величина напряжения в арматуре, фиксируемой на упорах, составляла сто=2160 При натяжении арматуры на бетон потребовалось бы усилие натяжения Лто=4600 кг.
В рассматриваемом примере изгиба, так же как и для случая центрального растяжения, переход из одного характерного состояния в другое происходит совершенно независимо от способа изготовления предварительно напряженного железобетона и характеризуется лишь видом и количеством арматуры и бетона, формой сечения и другими конструктивными особенностями исследуемого изделия.
Состояние 5 называем основным расчетным, или основным напряженным, состоянием. Если нагрузку М0 снять, балка разгрузится, уменьшится ее прогиб и она выгнется вверх вследствие предварительного напряжения в арматуре с усилием NH-C, которое будет внецентренно сжимать бетон.
Напряженное состояние 5 является общим для конструкции с натяжением арматуры на упоры и на бетон.
На а и а приведены схемы предварительно напряженных конструкций на стадии изготовления с натяжением арматуры на упоры. Ненапряженную арматуру натягивают до получения усилия N о, затем укладывают бетонную смесь так, чтобы арматура оказалась расположенной внецентренно по отношению сечения балки. После затвердевания бетона освобождают арматуру от закрепления на анкерах с одновременным обжатием бетона (состояние 4). Из этого состояния конструкция при нагружении изгибающим моментом М0 может быть приведена к основному расчетному состоянию.
Эпюра напряженного состояния бетона под такой нагрузкой (состояние 5) изображена в виде треугольника с наибольшей ординатой в верхнем волокне балки и с равнодействующей сжатия Nc =Л0, приложенном в верхней ядровой точке сечения на расстоянии центральной оси. Балка при такой нагрузке имеет положительный прогиб.
Увеличивая далее нагрузку, продолжаем изгибать балку, вызывая в нижней зоне деформации растяжения и соответствующие растягивающие усилия в арматуре и в бетоне. Когда внешний момент достигает величины Мт, растягивающие напряжения в бетоне этой зоны также увеличиваются до предельной величины RT. Однако до тех пор, пока в зоне растяжения не была достигнута предельная растяжимость бетона, трещин в растянутой зоне нет, и все усилия от внешней нагрузки воспринимаются бетоном и растянутой арматурой. В предельном же состоянии (состояние 6) в арматуре действует усилие Лг0 + ЗОО.Рн, а в бетоне — усилие N6.
Дальнейшее нагружение конструкции вызовет трещину и ее раскрытие. Бетон растянутой зоны выключается из работы, и все усилие в растянутой зоне воспринимается арматурой; по мере увеличения нагрузки и достижения ею предельного (разрушающего) значения Мр, усилие в арматуре также достигнет предельной величины NH,р, соответ-ствующей ее временному сопротивлению, и происходит разрыв арматуры (состояние 7). Приближаясь к этому состоянию, трещины в бетоне раскрываются и проникают в глубь балки, все более уменьшая площадь сжатой зоны бетона балки. Часто (при больших процентах армирования предварительно напряженных изгибаемых конструкций) разруше-ние наступает от раздавливания сжатой зоны балки.
Однако в рассматриваемом основном состоянии такой подсчет необходим только при определении действующего в арматуре напряжения. Если же рассматриваются не напряжения, а силы, то действующие в материалах внутренние усилия N0 = FHa0 в данном состоянии независимы от потерь и являются только функцией нагрузки.
Таким образом, установление напряжений в арматуре и, следовательно, учет потерь предварительного напряжения становится необходимым лишь на последнем этапе расчета, когда делается выбор вида арматуры и площади ее сечения.
Для определения же размеров сечения элемента и относительных его характеристик достаточно знание величины N0.
Балка с предварительно напряженной арматурой в нижней зоне нагружена изгибающим моментом М0. В этом состоянии нижнее волокно растянутой зоны конструкции полностью разгрузится от предварительного сжатия. В основном. расчетном или основном напряженном состоянии при изгибе (состояние 5) в напрягаемой арматуре возникают усилия N0 или напряжения ап, при которых напряжение в бетоне равно нулю. Это возможно лишь в том случае, когда арматура расположена на нижней грани сечения. Однако равнодействующая напрягаемой арматуры располагается в пределах сечения, где бетон сжат, поэтому в действительности напряжение в арматуре будет несколько меньше значения о0; но эта разница обычно не превышает 1 % и поэтому может быть допущена.
Изменчивость сопротивления материалов нагрузкам характеризуется коэффициентом однородности, меньшим единицы, вследствие чего минимальное сопротивление им может оказаться существенно меньше нормативного.
В рассматриваемом случае трещинообразование и разрушение произойдет при сопротивлении бетона и арматуры.
Последние названы расчетными напряжениями.
Таким образом, при большом числе испытаний изгибаемых конструкций разрушение произойдет только в случае, когда предел прочности материала окажется равным величине расчетных сопротивлений. При контрольных испытаниях сопротивления материалов всегда должны соответствовать величине их нормативных значений.
В дальнейшем при рассмотрении поведения конструкций под нагрузкой будем ориентироваться на эти наименьшие расчетные сопротивления и соответствующие им нагрузки, меньше которых нагрузки трещинообразования, а также разрушения быть не должны.
Рассматривая различные стадии силовых воздействий на конструкцию с момента ее изготовления до нагружения во время эксплуатации и затем — до разрушения, в качестве характерного состояния всегда следует рассматривать конструкцию под такой нагрузкой М0 и N0, при которой в зоне растяжения в бетоне на грани сечения (или на уровне растянутой арматуры) будут действовать нулевые напряжения, т. е. бетон на этом уровне в процессе деформации полностью разгрузится от предварительного обжатия. Принятие за основу этого состояния (это будет показано далее) создает большие удобства как в более ясном понимании работы предварительно напряженной конструкции, так и в методах ее расчета, поскольку характеристики предварительного напряжения арматуры в этом состоянии с0 и а’0 всегда заданы. С течением времени выбранные величины aQ и а0 изменяются вследствие проявления потерь от релаксации напряжений стали, усадки и ползучести бетона и других факторов. Однако всегда представляется возможным заранее подсчитать потери, происшедшие на каждый данный день, и скорректировать характеристики oQ и а с учетом указанных потерь. Для всех будущих расчетных и исследовательских операций при анализе сил и деформаций принимаем за правило рассматривать напряженное состояние конструкции в функциях aQ и а все поправки на потери напряжений нужно учитывать предварительно при назначении или установлении величин oQ и Од.