Следовательно, переменными будут лишь F6 и F6.3 в отдельности, всегда давая в сумме одно и то же значение общей площади сечения конструкции F. Кроме того, как уже было рекомендовано, на графиках рис. 2.17 не показаны внутренние взаимно уравновешивающиеся усилия сжатия бетона и растяжения арматуры.
При наибольшем допускаемом обжатии бетона элементов, т. е. при выборе наименьшей практически возможной площади сечения бетона элементов F6.э, ненапряжен-ный бетон выйдет из строя после возникновения под нагрузкой предельной деформации ер-м. В связи с этим трещиностойкость конструкции определяется нагрузкой
Здесь совершенно очевидно, что в восприятии нагрузки, во-первых, не участвует бетон элементов и, во-вторых, нагрузки воспринимаются лишь частью NH1 усилия NHC, действующего в арматуре. Другая часть усилия бесполезно для внешней нагрузки сжимает бетон. Эта бесполезность временная, и усилие обжатия арматурой бетона служит резервом для последующей полезной работы.
При меньшем обжатии бетона элементов Na2 , когда их площадь Fбэ выбрана большей и когда деформации обжатия 00H2 = ep-M, выйдет из строя в тот самый момент, когда бетон элементов разгрузился от предварительного обжатия и все усилие, действующее в арматуре No, уже противодействует нагрузке; в этом случае т. е. трещиностойкость конструкции стала больше ввиду того, что а0 существенно больше он1; однако и в этом случае несущая способность бетона элементов на растяжение Аб.э, также полностью не используется.
Возможно площади сечения элементов F6.3 выбрать такими, чтобы в результате предварительного обжатия бетона создавалась деформация, тогда несущие способности обоих бетонов — элемента и конструкции — складываются и несущая способность конструкции определится как
Это, конечно, обеспечивает наибольшую трещиностойкость конструкции, но связано с изготовлением предварительно напряженных элементов значительных размеров, что не всегда бывает удобно. В связи с этим часто используют вторую, схему для выбора площади сечения.
Сопротивляемость и, следовательно, восприятие ненапряженным бетоном нагрузки N6 будет продолжаться до тех пор, пока не исчерпается предельная его растяжимость, зависящая от степени обжатия бетона предварительно напряженных элементов, от вида сцепления их с ненапряженным бетоном и от отделки поверхности бетона элементов.
Установлено, что для конструктивной заделки предварительно напряженных элементов, применяемой на практике, предельная растяжимость бетона составляет величину больше. Эта величина и берется в основу всех расчетов.
В зависимости от принятого размера предварительно напряженных элементов по отношению к размеру их напряженного армирования, т. е. от коэффициента их армирования, трещиностойкость сборно-монолитной конструкции может существенно изменяться. На графиках рис. 2.17 представлены три возможных случая сопротивления сборно-монолитной конструкции одних и тех же габаритов, отвечающей F=F6 ПРИ армировании FH и степени предварительного напряжения hr0= FHao.
На практике для предварительно напряженных элементов обычно применяют бетон проектной марки не ниже 300, а для ненапряженного бетона — не выше 200. Однако могут быть и другие соотношения марок бетона.
Изложенный прием графического изображения и выявления действительной картины восприятия материалами конструкции нагрузки может быть применен и к сборно-монолитным железобетонным конструкциям, в которых в качестве арматуры применены предварительно напряженные элементы.
В гл. 1 достаточно подробно освещены особенности сборно-монолитных конструкций, а в гл. 3 показаны условия, которые создаются в ненапряженном бетоне этих конструкций для более широкого использования растяжимости бетона при его пластической деформации за пределами нормированного размера деформации.
Рассматривая график деформации сборно-монолитной конструкции при увеличении нагрузки (рис. 2.16) мы видим, что ненапряженный бетон этой конструкции с самого начала будет воспринимать нагрузку, причем тем большую, чем больше его площадь, в то время как бетон элементов будет еще сжат и потому инертен к восприятию нагрузки.
В графическом изображении это представляется линией, объемлющей восприятие нагрузки предварительно напряженной арматурой элементов Он АГ, бетоном элементов АБС и монолитным бетоном сборно-монолитной конструкции.
Эпюры напряженного состояния, приведенные, характеризуются тем, что в них отображены законы статики. Это позволяет при всяких построениях, расчетах и особенно при испытаниях изгибаемых элементов конструкций вести проверку равновесия внешних и внутренних сил (уравнения проекций сил и уравнения моментов). При любом нарушении такого равновесия должны возникать деформации, приводящие систему в новое равновесное состояние.
В качестве характерных при переходе системы из одного состояния в другое принимаем:
III. состояние VII при достижении бетоном в крайнем волокне растянутой зоны или на уровне равнодействующей арматуры нулевого напряжения бетона, которое характеризуется точкой А на графике рис. 2.10;
IV. состояние X на рис. 2.15,6, характеризующее нагрузку возникновения в бетоне трещин или состояние XIII, которое характеризует ограниченное раскрытие трещин;
V. состояние XIV на рис. 2.15, в, которое характеризует разрушение.
Указанные характерные состояния принимаются нами в качестве расчетных, поскольку определение внутренних усилий в данных состояниях не вызывает трудностей, являясь в большинстве случаев заданными. Можно в качестве расчетных выбирать и другие произвольные состояния, однако это менее удобно и не так просто.
Характерное состояние VII по существу относится к области допускаемых напряжений. Руководствуясь этим состоянием, в некоторых странах, в частности во Франции, производится их расчет, поскольку там не допускают растяжения бетона при эксплуатации конструкции.
Состояние X определяет степень трещиностойкости конструкции и степень последующего предельного раскрытия трещин.
Состояние XIV относится к полной разрушающей нагрузке и расчету прочности конструкции.
В соответствующих главах книги приводятся все три способа расчета и делается практическое сравнение целесообразности применения их в отдельности или в комбинации.
При нагрузке Мт =0,85 тм в зоне растяжения еще нет трещины, но при первом же импульсе к повышению нагрузки бетон зоны растяжения частично выходит из строя, а нейтральная ось быстро поднимается кверху, меняя выше нейтральной оси знак деформации. Чем больше нагрузка, тем более значительная часть зоны растяжения вы-бывает из строя и не воспринимает уже нагрузки. Напоминаем, что развитие трещин, как это отмечалось ранее, в предварительно напряженных конструкциях идет совершенно идентично развитию их в обычной железобетонной конструкции, без какого-либо замедления; однако число трещин здесь меньше и их распределение в растянутой зоне характеризуется сравнительно большими расстояниями между ними и они распространяются вверх по сечению медленнее вследствие большей в данном случае высоты сжатой зоны бетона, чем и обусловливается возникновение меньших прогибов.
Эпюра напряженного состояния X сечения предварительно напряженной балки, представленная на и являющаяся типичной для момента, предшествующего возникновению трещины, была предложена еще в начале 30-х годов и используется с некоторыми весьма незначительными изменениями в расчетах трещиностойкости кон-струкции.
Дальнейшее загружение балки приводит ее в состояние разрушения, которое характеризуется эпюрой напряжений XIV. Строить эпюру деформаций для этого состояния не имеет смысла, поскольку деформации неопределенны и чрезмерно велики, что связа-но с большим проявлением пластических свойств бетона сжатой зоны и с текучестью арматуры в обеих зонах.