Первая группа предельных состояний

65. Расчет оснований по 1 и 2 группе предельных состояний.

Целью расчета оснований по первой группе предельных состояний (по несущей способности) является обеспечение необходимой прочности и устойчивости оснований, включая недопущение возможного сдвига фундамента по подошве и его опрокидывания.

Расчет по первой группе предельных состояний производят только следующих случаях: при передаче на основание значительных горизонтальных нагрузок (подпорные стены, фундаменты распорных конструкций и др.), в том числе и сейсмических; на фундамент действуют выдергивающие нагрузки; все здание или его отдельные фундаменты располагаются вблизи нисходящего откоса грунта; основание сложено скальными грунтами; основание сложено слабыми грунтами, в частности водонасыщенными заторфованными и пылевато-глинистыми, имеющими мягкопластичную и текучепластичную консистенцию.

Расчет оснований по несущей способности выполняют, проверяя условие: F≤γCFU/γn , где F - расчетная нагрузка на основание от основного или особого сочетания нагрузок; γC - коэффициент условий работы, принимаемый для песков, кроме пылеватых, γC= 1, для пылевато-глинистых грунтов в стабилизированном состоянии, а также песков пылеватых - 0,9, для пылевато-глинистых в нестабилизированном состоянии - 0,85, для скальных грунтов: невыветрелых и слабовыветрелых - 1,0, выветрелых - 0,9, сильновыветрелых - 0,8; FU – сила предельного сопротивления основания; γn - коэффициент надежности по назначению сооружения, принимаемый равным 1,2; 1,15; 1,10 соответственно для сооружений I, II и III классов ответственности.

Основной целью расчета оснований по второй группе предельных состояний (по деформациям) является ограничение перемещений

фундаментов такими предельными значениями, которые гapaнтируют нормальную эксплуатацию и требуемую долговечность зданий и сооружений, исключая возможность, проявления значительных неравномерностей осадок связанных с появлением кренов,

изменения проектных отметок и положений конструкций и их соединений. Расчет оснований по деформациям предполагает, что прочность и трещиностойкость самих фундаментов и фундаментных конструкций должны быть проверены по результатам дополнительных расчетов.

Так как проектирование оснований начинают с назначения глубины заложения фундамента, то ограничение осадки последнего производят, назначением определенных размеров подошвы, то ограничение возможных неравномерностей осадок часто, добиваются за счет варьирования размерами подошвы, тем самым уменьшая или увеличивая давление в грунте основания, что позволяет регулировать осадки отдельных фундаментов.

Расчет оснований по деформациям требует выполнения следующего условия: S≤SU

где s – деформация основания, определяемая по результатам совместной работы основания и сооружения; SU - предельное значение совместной деформации основания и сооружения. Предельно допустимые деформации определяются в основном эксплуатационными требованиями, предъявляемыми к сооружению. По СНиПу рекомендуется ограничивать давление по подошве фундамента расчетным сопротивлением грунта основания: p≤R.

Расчетное сопротивление грунта основания под подошвой фундамента определяется по формуле Пузыревского:

γc1, γc1- коэффициенты, зависящие от инженерно-геологических условий

сII- удельное сцепление грунта

γII- удельный вес грунта над подошвой фундамента

γ, II- удельный вес грунта под подошвой фундамента

Мq, Мγ Мс- коэффициенты принимаемые от угла внутреннего трения

d1- глубина заложения подошвы фундамента.

Две группы предельных состояний

Железобетонные конструкции могут потерять необходимые эксплуатационные качества по одной из двух причин:

1. в результате исчерпания несущей способности (разрушение материала в наиболее нагруженных сечениях, потери устойчивости отдельных элементов или всей конструкцией в целом);

2. в следствии чрезмерных деформаций (прогибов, колебаний, осадок), а также из-за образования трещин или чрезмерного их раскрытия.

В соответствии с указанными двумя причинами, которые могут вызвать потерю эксплуатационных качеств конструкций, нормами установлены две группы их предельных состояний:

- по несущей способности (первая группа);

- по пригодности к нормальней эксплуатации (вторая группа).

Задачей расчёта является предотвращение наступления в рассматриваемой конструкции любого предельного состояния в период изготовления, транспортирования, монтажа и эксплуатации.

Расчёты по предельным состояниям первой группы должны обеспечивать в период эксплуатации конструкции и для других стадий работы её прочность, устойчивость формы, устойчивость положения, выносливость и др.

Расчёты по предельным состояниям второй группы выполняют, чтобы предотвратить в период эксплуатации конструкции и на других стадиях её работы чрезмерное по ширине раскрытие трещин, приводящее к преждевременной коррозии арматуры, или их образованиие, а также чрезмерные перемещения.

4. Расчётные факторы

Это нагрузки и механические характеристики материалов (бетона и арматуры). Они обладают статистической изменчивостью или разбросом значений. В расчётах по предельным состояниям учитывают (в неявной форме) изменчивость нагрузок и механических характеристик материалов, а также различные неблагоприятные или благоприятные условия работы бетона и арматуры, условия изготовления и эксплуатации элементов зданий и сооружений.

Нагрузки, механические характеристики материалов и расчётные коэффициенты нормированы. При проектировании железобетонных конструкций значения нагрузок, сопротивлений бетона и арматуры устанавливают по главам СНиП 2.01.07-85* и СП 52-101-2003.

5. Классификация нагрузок. Нормативные и расчётные нагрузки

Нагрузки и воздействия на здания и сооружения в зависимости от продолжительности их действия делят на постоянные и временные. Последние, в свою очередь, подразделяются на длительные, кратковременные и особые.

Постоянными нагрузками являются вес несущих и ограждающих конструкций зданий и сооружений, вес и давление грунтов, воздействие предварительного напряжения железобетонных конструкций.

К временным длительным нагрузкам относятся: вес стационарного оборудования на перекрытиях — станков, аппаратов, двигателей, ёмкостей и т. п.; давление газов, жидкостей, сыпучих тел в ёмкостях; нагрузки на перекрытия от складируемых материалов и стеллажного оборудования в складских помещениях, холодильниках, зернохранилищах, книгохранилищах, архивах и подобных помещениях; температурные технологические воздействия от стационарного оборудования; вес слоя воды на водонаполненных плоских покрытиях и др.

К временным кратковременным нагрузкам относятся: вес людей, ремонтных материалов в зонах обслуживания и ремонта оборудования, снеговые нагрузки с полным нормативным значением, ветровые нагрузки, нагрузки, возникающие при изготовлении, перевозке и монтаже элементов конструкций и некоторые др.

К особым нагрузкам относятся: сейсмические и взрывные воздействия; нагрузки, вызываемые резкими нарушениями технологического процесса, временной неисправностью или поломкой оборудования и т. п.

Нагрузки в соответствии со СНиП 2.01.07-85* делятся также на нормативные и расчётные.

Нормативными называются нагрузки или воздействия близкие по величине к наибольшим возможным при нормальной эксплуатации зданий и сооружений. Их значения приводятся в нормах.

Изменчивость нагрузок в неблагоприятную сторону оценивают коэффициентом надёжности по нагрузке γf.

Расчётное значение нагрузки gдля расчёта конструкции на прочность или устойчивость определяется путём умножения её нормативного значения gп на коэффициент γf, обычно больший 1

Значения дифференцированы в зависимости от характера нагрузок и их величины. Так, например, при учёте собственного веса бетонных и железобетонных конструкций = 1,1; при учёте собственного веса различных стяжек, засыпок, утеплителей, выполняемых в заводских условиях, = 1,2, а на строительной площадке =1,3. Коэффициенты надёжности по нагрузке для равномерно распределённых нагрузок следует принимать:

1,3 — при полном нормативном значении менее 2 кПа (2 кН/м2);

1,2 — при полном нормативном значении 2 кПа (2 кН/м2) и более. Коэффициент надёжности по нагрузке для собственного веса при расчёте конструкции на устойчивость положения против всплытия, опрокидывания и скольжения, а также в других случаях, когда уменьшение массы ухудшает условия работы конструкции, принимают равным 0,9.

Расчёты по предельным состояниям второй группы ведут по нормативным нагрузкам или по расчётным, взятым с γf= 1.

Здания и сооружения подвергаются одновременному действию различных нагрузок. Поэтому расчёт здания или сооружения в целом, либо отдельных его элементов, должен выполняться с учётом наиболее неблагоприятных сочетаний этих нагрузок или усилий, вызванных ими. Неблагоприятные, но реально возможные сочетания нагрузок при проектировании выбираются в соответствии с рекомендациями СНиП 2.01.07-85*. В зависимости от состава учитываемых нагрузок различают сочетания:

основные, включающие постоянные, длительные и кратковременные нагрузки

Т = ΣТпост + ψ1 ΣТдлит + ψ2 ΣТкрат,

где Т = М, Т, Q;

ψ – коэффициент сочетаний (если учитывается 1 кратковременная нагрузка, то ψ1 = ψ2 =1,0, если в сочетание входят 2 и более кратковременных нагрузок, то ψ1 = 0,95, ψ2 = 0,9);

особые, включающие дополнительно к постоянным, длительным и кратковременным нагрузкам особую нагрузку (ψ1 = 0,95, ψ2 = 0,80).

Предыдущая19202122232425262728293031323334Следующая

Дата добавления: 2014-12-30; просмотров: 2431; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

ПОСМОТРЕТЬ ЕЩЕ:

Расчет железобетонных элементов по предельным состояниям первой группы

12 мая 2016 г.

Расчеты бетонных и железобетонных конструкций следует производить по методу предельных состояний, включающему:

предельные состояния первой группы, приводящие к полной непригодности эксплуатации конструкций;
предельные состояния второй группы, затрудняющие нормальную эксплуатацию конструкций или уменьшающие долговечность зданий и сооружений по сравнению с предусматриваемым сроком службы.

Расчеты должны обеспечивать надежность зданий или сооружений в течение всего срока их службы, а также при производстве работ в соответствии с требованиями, предъявляемыми к ним.

Расчеты по предельным состояниям первой группы включают:

расчет по прочности;
расчет по устойчивости формы (для тонкостенных конструкций);
расчет по устойчивости положения (опрокидывание, скольжение, всплывание).

Расчеты по прочности бетонных и железобетонных конструкций следует производить из условия, по которому усилия, напряжения и деформации в конструкциях от различных воздействий с учетом начального напряженного состояния (преднапряжение, температурные и другие воздействия) не должны превышать соответствующих значений, установленных нормами.

Расчеты по устойчивости формы конструкции, а также по устойчивости положения (с учетом совместной работы конструкции и основания, их деформационных свойств, сопротивления сдвигу по контакту с основанием и других особенностей) следует производить согласно указаниям нормативных документов на отдельные виды конструкций.

В необходимых случаях в зависимости от вида и назначения конструкции должны быть произведены расчеты по предельным состояниям, связанным с явлениями, при которых возникает необходимость прекращения эксплуатации (чрезмерные деформации, сдвиги в соединениях и другие явления).

Расчет железобетонных элементов по первой группе предельных состояний является основным и используется при подборе размеров поперечных сечений элементов и арматуры. Расчет по прочности проводится для сечений, нормальных к продольной оси элемента, а также для наклонных к этой оси сечений наиболее опасного направления.

Условие прочности в общем виде получается из условия равновесия внутренних и внешних сил в сечениях элементов. Неравенство имеет следующий вид:

где Fin — внешнее усилие от нормативных нагрузок (продольная сила Nin, изгибающий момент Min, поперечная сила Qin; ψi — коэффициент сочетания нагрузок (усилий); γfi— коэффициент надежности по нагрузке; Ф — функция суммы геометрических характеристик сечения S и нормативных сопротивлений материалов и Rbnи Rsn; γb, γs — соответственно коэффициенты надежности по бетону и арматуре; γbi, γsi — коэффициенты условий работы бетона и арматуры; γn — коэффициент надежности по назначению; γm — коэффициент надежности по материалу; γс — коэффициент условий работы гидротехнического сооружения.

Физический смысл уравнения выше заключается в том, что максимально возможное усилие (изгибающий момент, поперечная или продольная сила) в сечении элемента должно быть меньше или в крайнем случае равно минимально возможной несущей способности сечения.

Нагрузки, действующие на сооружение, в зависимости от продолжительности действия, подразделяются на постоянные (вес частей сооружения, ограждающих конструкций, давление грунта и др.) и временные.

Временные нагрузки подразделяются на длительные, кратковременные и особые нагрузки.

К длительным нагрузкам на гидротехнических объектах относятся:

вес стационарного оборудования (емкости, трубопроводы с арматурой и опорными частями, постоянных подъемных машин с их тросами и направляющими, вес жидкости на гидротехническом сооружении);
нагрузки от людей и оборудования на перекрытия зданий;
температурные климатические воздействия;
снеговые нагрузки и др.

Кратковременными считаются:

нагрузки от оборудования, возникающие в пускоостановочном, переходном и испытательном режимах, а также при его перестановке или замене (механизмы для маневрирования затворами гидротехнических сооружений, лебедки, подвесные краны и т. д.);
вес людей, ремонтных материалов и инструментов в зонах обслуживания и ремонта оборудования;
вес людей, животных, транспорта и прочего на проезжих мостах и т. д.;
снеговые нагрузки с полным расчетным значением;
ветровые, гололедные нагрузки и т. д.

К особым нагрузкам можно отнести:

сейсмические, взрывные воздействия;
деформации основания под сооружением, сопровождающиеся коренным изменением структуры грунта или оседанием его в районах горных выработок и в карстовых;
динамические воздействия от падающей струи водного потока.

Сочетания нагрузок, действующих на гидротехнические сооружения, в зависимости от учитываемого состава нагрузок подразделяют на основные и особые нагрузки.

основные сочетания состоят из постоянных, длительных и кратковременных нагрузок;
в особые сочетания входят постоянные, длительные, кратковременные и одна из особых нагрузок.

Временные нагрузки с двумя нормативными значениями включаются в сочетания как длительные — при учете пониженного нормативного значения и как кратковременные — при учете полного нормативного значения.

В особых сочетаниях нагрузок, включающих взрывные воздействия или нагрузки, вызываемые столкновением транспортных средств с элементами сооружений, допускается не учитывать кратковременные нагрузки, указанные выше.

При учете в расчетах сочетаний, включающих постоянные и не менее двух временных нагрузок, расчетные значения временных нагрузок или соответствующих им усилий умножаются на коэффициенты сочетаний, имеющие следующие значения:

в основных сочетаниях для длительных нагрузок ψ1 = 0,95; для кратковременных ψ2 = 0,9;
в особых сочетаниях для длительных нагрузок ψ1 = 0,95; для кратковременных ψ2 = 0,8;

При учете трех и более кратковременных нагрузок их расчетные значения в основных сочетаниях следует умножать на коэффициент сочетания ψ2, принимаемый для первой по степени влияния кратковременной нагрузки — 1,0, для второй — 0,8, для остальных — 0,6.

Кэффициент надежности по нагрузке γfi для веса строительных конструкций, оборудования и фунтов следует принимать по таблице ниже.

При расчете железобетонных конструкций по первой группе предельных расчетные сопротивления бетона Rb и Rbt умножают на коэффициенты условий работы γbt:

γb1 = 0,5÷1,0 — учитывает многократно повторяющуюся нагрузку;
γb2 = 0,9÷1,1 — учитывает длительность действия нагрузки на гидротехнические сооружения и условия нарастания прочности бетона во времени;
γb3 = 0,85 — учитывает снижение прочности верхних слоев бетона при укладке его за один прием на высоту более 1,5 м.

Значения коэффициента надежности по нагрузке γf

Конструкции сооружений, вид оборудования и грунтов	Коэффициент надежности по нагрузке γf
Конструкции:
металлические	1,05
бетонные (со средней плотностью свыше 1600 кг/м3), железобетонные, каменные, армокаменные, деревянные

1,1
бетонные (со средней плотностью 1600 кг/м3 и менее), изоляционные, выравнивающие и отделочные слои (плиты, материалы в рулонах, засыпки, стяжки и т.п.), выполняемые:



в заводских условиях	1,2
на строительной площадке	1,3
Оборудование:
стационарное	1,05
изоляция стационарного оборудования	1,2
заполнители оборудования (в том числе резервуаров и трубопроводов):

жидкостей	1,0
суспензий, шламов, сыпучих тел	1,1
погрузчики и электрокары (с грузом)	1,2
Грунты:
в природном залегании	1,1
насыпные	1,15

Примечания.

При проверке конструкций на устойчивость положения против опрокидывания, а также в других случаях, когда уменьшение веса конструкций и грунтов может ухудшить условия работы конструкций, следует произвести расчет, принимая для веса конструкции или ее части коэффициент надежности по нагрузке γf = 0,9.
При определении нагрузок от грунта следует учитывать нагрузки от складируемых материалов; оборудования и транспортных средств, передаваемые на грунт.
Для металлических конструкций, в которых усилия от собственного веса превышают 50% общих усилий, следует принимать γf = 1,1.

При расчете монолитных колонн с наибольшим размером поперечного сечения менее 30 см вводят коэффициент γb5 = 0,85.

Расчетные сопротивления арматуры растяжению Rs для первой группы предельных состояний определяют делением нормативных сопротивлений на коэффициенты надежности по арматуре γs, принимаемые в зависимости от класса арматуры.

При расчетах по предельным состояниям первой группы расчетные сопротивления умножаются на коэффициенты условий работы γsi:

γs3 = 0,3-1,0 — учитывает многократное действие нагрузки;
γs4 = 0,2-1,0— учитывает наличие сварных соединений при многократном повторении нагрузки.

Коэффициент надежности по назначению γn (по ответственности гидротехнического сооружения) по предельным состояниям первой группы, в зависимости от класса сооружения, принимает следующие значения:

I класс — γn = 1,25.
II класс — γn = 1,20.
III класс — γn = 1,15;
IV класс — γn = 1,10.

Коэффициенты надежности по материалу γn и условиям работы γс применяются в качестве сомножителей с расчетным сопротивлением. При этом, в зависимости от вида материала, его физико-механических свойств коэффициент γm, согласно нормативным документам, принимает значения от 1,05 до 1,15.

Коэффициент γс, учитывающий особенности действительной работы конструкций при эксплуатации, принимает значения от 0,7 до 1,4.

65. Расчет оснований по 1 и 2 группе предельных состояний.

Расчет оснований по деформациям требует выполнения следующего условия: S≤SU

Расчетное сопротивление грунта основания под подошвой фундамента определяется по формуле Пузыревского:

γc1, γc1- коэффициенты, зависящие от инженерно-геологических условий

сII- удельное сцепление грунта

γII- удельный вес грунта над подошвой фундамента

γ, II- удельный вес грунта под подошвой фундамента

Мq, Мγ Мс- коэффициенты принимаемые от угла внутреннего трения

d1- глубина заложения подошвы фундамента.

Основные положения расчёта строительных конструкций по предельным состояниям 1 группы

Метод расчета конструкций по предельным состояниям является дальнейшим развитием метода расчета по разрушающим усилиям. При расчете по этому методу четко устанавливают предельные состояния конструкций и используют систему расчетных коэффициентов, введение которых гарантирует, что такое состояние не наступит при самых неблагоприятных сочетаниях нагрузок и при наименьших значениях прочностных характеристик материалов. Прочность сечений определяют по стадии разрушения, но безопасность работы конструкции под нагрузкой оценивают не одним синтезирующим коэффициентом запаса, а указанной системой расчетных коэффициентов. Конструкции, запроектированные и рассчитанные по методу предельного состояния, получаются несколько экономичнее.

Предельными считаются состояния, при которых конструкции перестают удовлетворять предъявляемым к ним в процессе эксплуатации требованиям, т. е. теряют способность сопротивляться внешним нагрузкам и воздействиям или получают недопустимые перемещения или местные повреждения.

Железобетонные конструкции должны удовлетворять требованиям расчета по двум группам предельных состояний: по несущей способности (первая группа); по пригодности к нормальной эксплуатации (вторая группа).

Расчет по предельным состояниям первой группы выполняют, чтобы предотвратить следующие явления:

хрупкое, вязкое или иного характера разрушение (расчет по прочности с учетом в необходимых случаях прогиба конструкции перед разрушением);

потерю устойчивости формы конструкции (расчет на устойчивость тонкостенных конструкций и т.п.) или ее положения (расчет на опрокидывание и скольжение подпорных стен, внецентренно нагруженных высоких фундаментов; расчет на всплытие заглубленных или подземных резервуаров и т. п.);

усталостное разрушение (расчет на выносливость конструкций, находящихся под воздействием многократно повторяющейся подвижной или пульсирующей нагрузки: подкрановых балок, шпал, рамных фундаментов и перекрытий под неуравновешенные машины и т.п.); разрушение от совместного воздействия силовых факторов и неблагоприятных влияний внешней среды (агрессивность среды, попеременное замораживание и оттаивание и т. п.).

18. Методы расчёта строительных конструкций.

Основные нормативные требования

Расчет по прочности железобетонных элементов производится для сечений, нормальных к их продольной оси, а также для наклонных к ней сечений наиболее опасного направления.

Расчеты по прочности нормальных сечений в общем случае выполняются для решения двух типов задач:

а) подбор сечения элемента при заданных значениях внешних усилий (M, N, Nb, T);

б) проверка прочности имеющегося сечения элемента (известны геометрические параметры, арматура, сопротивление бетона и арматуры).

Определение предельных усилий в нормальном сечении выполняется с использованием следующих предпосылок:

- потенциал сопротивляемости железобетонного элемента определяется стадией Ш напряженно-деформированного состояния его расчетного сечения;

- сопротивление бетона сжатию характеризуется равномерным распределением по всей высоте сжатой зоны с ординатой, равной Rь;

- деформации (напряжения σs) в арматуре зависят от высоты сжатой зоны (п. 3.28 СНиП)

σSC, и - предельные напряжения в арматуре сжатой зоны (п. 3.12 СНиП);

σS p - предварительные напряжения в напрягаемой арматуре;

- напряжения в растянутой арматуре достигают предела текучести (условного или физического) и принимаются равными Rs , если высота сжатой зоны х (или ξ) не превышает граничного значения хR (или ξR);

- напряжения в сжатой арматуре не должны превышать предельно допустимых (σSC, и) принимаемых равными:

- 330 МПа - в стадии обжатия предварительно напрягаемых элементов;

- 400 МПа - при учете в рассматриваемом сочетании кратковременных и особых нагрузок γьг>1,0);

- 500 МПа - во всех других случаях (γьг≤1,0).

Расчетная схема

Независимо от вида действующих усилий (М, Nc , Nt) статический расчет элементов с двузначной эпюрой напряжений в сечении характеризуется схемой усилий и напряжений, представленной на рис. 6.1 .

Для случаев, когда ξ > ξR (переармированные сечения изгибаемых элементов, внецентренно сжатых элементов с малыми эксцентриситетами) в приведенных схемах напряжения в растянутой арматуре принимаются равными σs (см. формулу 5).

При этом уравнения равновесия внешних сил и внутренних усилий имеют вид:

При необходимости в качестве физической составляющей расчетов может использоваться зависимость (5).

Схема усилий и эпюра напряжений в нормальном сечении изгибаемых, внецен-

тренно сжатых и растянутых железобетонных элементов для случая ξ ≤ ξR

(напрягаемая арматура условно не показана)

Изгибаемые элементы прямоугольного сечения

В общем случае их армирование характеризуется размещением арматуры у сжатой и растянутой граней. При этом расчетная схема (статический компонент) имеет вид, представленный на рис. 6.2, а уравнения равновесия (6, 7) принимают следующий вид:

В табличной форме эти выражения приобретают вид

где ξ = x/ho; η = 1 – 0,5ξ; αm = ξ(1 – 0,5ξ) - соответственно значения относительной высоты сжатой зоны, плеча внутренней пары сил (zb), несушей способности сжатой зоны бетона.

Алгоритм расчета площади рабочей арматуры

Так как расчет прочности нормальных сечений по существу не зависит от вида используемой арматуры, в дальнейшем (для упрощения формул) приводятся обобщенные зависимости, соответствующие нормативным (по СНиП 2.03.01-84) аналогам. Вычисляем

Если ат < аR , то сжатая арматура по расчету не требуется и As = M / η Rs ho ,

где η - определяется в зависимости от значения ат.

Если ат > аR , тополагают, что ат = аR и расчет ведут в следующей последовательности :

Полученные значения As` и As должны удовлетворять требованиям минимального армирования (табл. 38 СНиП) и не превосходить максимально рекомендуемых значений. При значениях μ ≥ μRрекомендуется произвести перерасчет с предварительным увеличением размеров сечения, класса бетона и арматуры.

Для окончательно принятых значений As и As` по сортаменту находят необходимое количество стержней с учетом конструктивных требований.

Схема усилий в поперечном прямоугольном сечении изгибаемого железобетонного элемента

Алгоритм проверки прочности

Из уравнения (8а) определяем

Сравниваем ξ и ξ R , если ξ ≤ ξ R , то

где ат и aR принимается соответственно для значений ξ и ξ R .

Изгибаемые элементы таврового и двутаврового сечения

Общие положения

Расчет сечений, имеющих полку в сжатой зоне, должен производиться в зависимости от положения границы сжатой зоны (рис. 6.5).

Случай а) имеет место, когда выполняется одно из следующих условий,

Случай б) имеет место, если знак в неравенствах 11, 12 имеет противоположную направленность. Если граница сжатой зоны находится в пределах полки, то расчет сечения ведется как для прямоугольного шириной bf . При этом ширина свесов, вводимая в расчет, не должна превышать величин.

Положение границы сжатой зоны

Требуемая площадь сжатой арматуры определяется по формуле

Требуемая площадь растянутой арматуры определяется

а) если выполняется условие (12) - нейтральная ось находится в полке, расчет ведется как для прямоугольного сечения шириной b`f в последовательности;

б) если условие (12) не соблюдается, нейтральная ось проходит в ребре и

площадь As определяется по формуле

где ξ определяется в зависимости от значения

При этом должно удовлетворяться условие ат < аR.

19. Расчёт поперечной арматуры в изгибаемых железобетонных элементах.

Часто встречающимся в практике вариантом является изгибаемый элемент таврового поперечного сечения, предварительно напряженный, с поперечным армированием без отгибов.

Расчет ведут по наклонному сечению, которое имеет наименьшую несущую способность (рис.3.19).

Диаметр поперечных стержней задают из условия технологии точечной электросварки так, чтобы отношение диаметра поперечного стержня к диаметру продольного стержня составляло 1/3... 1/4; затем вычисляют площадь сечений Аsw. Шаг поперечных стержней s устанавливают по конструктивным условиям.

План расчета. При известных исходных данных: Qmax (на опоре), q, v, b, h0 ,Rb , Rbt , Rsw

расчет ведут в следующем порядке:

1. Проверяют, требуется ли поперечная арматура по расчету по первому условию

2. Проверяют, требуется ли поперечная арматура по расчету по второму условию

вычислив с этой целью значения длительной нагрузки (q1), длины проекции наклонного сечения (с), поперечной силы в вершине наклонного сечения.

Если поперечная арматура по расчету требуется, расчет продолжают.

3. Определяют минимальное значение поперечного усилия, воспринимаемого бетоном сжатой зоны над вершиной наклонного сечения, вычислив для этого значение коэффициента, учитывающего наличие полок тавровых сечений и учитывающего влияние продольных сил.

4. Определяют значение усилия в поперечной арматуре на единицу длины элемента и проверяют его по условию

qsw>=Qbmin/2h0 (>= - больше либо равно)

5. Проверяют шаг хомутов по требованию s = Qbmin

9. Вычисляют поперечную силу Q в вершине наклонного сечения.

10. Определяют длину проекции расчетного наклонного сечения с0, соблюдая требуемые для с0 ограничения.

11. Вычисляют поперечную силу Qsw, воспринимаемую хомутами в наклонном сечении.

12. Проверяют условие прочности в наклонном сечении. Если условие не удовлетворяется, уменьшают шаг s или увеличивают Аsw.

13. Проверяют прочность бетона по сжатой наклонной полосе.

Рис. 3.19. Усилия в поперечных стержнях, принимаемые при расчете балки по наклонным сечениям

20. Конструирование изгибаемых железобетонных элементов (плит, балок, ригелей).

Конструктивные особенности

Наиболее распространенные изгибаемые элементы железобетонных конструкций — плиты и балки. Балками называют линейные элементы, длина которых l значительно больше поперечных размеров h и b. Плитами называют плоские элементы, толщина которых h2 значительно меньше длины 11 и ширины b1. Из плит и балок образуют многие железобетонные конструкции, чаще других — плоские перекрытия и покрытия, сборные и монолитные, а также сборно-монолитные. Плиты в монолитных конструкциях делают толщиной 50... 100 мм, в сборных — меньшей толщины.

Плиты и балки могут быть однопролетными и многопролетными . Такие плиты деформируются подобно балочным конструкциям при различного рода нагрузках, если значение последних не изменяется в направлении, перпендикулярном пролету.

Армируют плиты сварными сетками. Сетки укладывают в плитах так, чтобы стержни их рабочей арматуры располагались вдоль пролета и воспринимали растягивающие усилия, возникающие в конструкции при изгибе под нагрузкой, в соответствии с эпюрами изгибающих моментов . Поэтому сетки в плитах размещаются понизу, а в многопролетных плитах — также и поверху, над промежуточными опорами.

Стержни рабочей арматуры принимают диаметром 3...10 мм, располагают их на расстоянии (с шагом) 100...200 мм одна от другого. Защитный слой бетона для рабочей арматуры принимают не менее 10 мм, в особо толстых плитах (толще 100 мм) — не менее 15 мм.

Поперечные стержни сеток (распределительную арматуру) устанавливают для обеспечения проектного положения рабочих стержней, уменьшения усадочных и температурных деформаций конструкций, распределения местного воздействия сосредоточенных нагрузок на большую площадь. Общее сечение поперечных стержней принимают не менее 10 % сечения рабочей арматуры, размещенной в месте наибольшего изгибающего момента; располагают их с шагом 250...300 мм, но не реже чем через 350 мм.

Железобетонные балки могут быть прямоугольного, таврового, двутаврового, трапециевидного сечения.

Высота балок h колеблется в широких пределах; она составляет 1/10...1/20 часть пролета в зависимости от нагрузки и типа конструкции. В целях унификации высоту балок назначают кратной 50 мм, если она не более 600 мм, и кратной 100 мм — при больших размерах, из которых предпочтительнее значения, кратные 100 мм до высоты 800 мм, затем высоты 1000, 1200 мм и далее кратные 300.

Ширину прямоугольных поперечных сечений bпринимают в пределах (0,3...0,5) h, а именно значения 100, 120, 150, 200, 220, 250 мм и далее, кратные 50 мм, из которых предпочтительнее 150, 200 мм и далее кратные 100.

Для снижения расхода бетона ширину балок назначают наименьшей. В поперечном сечении балки рабочую арматуру размещают в растянутой зоне сечения в один или два ряда с такими зазорами, которые допускали бы плотную укладку бетона без пустот и каверн . Расстояние в свету между стержнями продольной арматуры, ненапрягаемой или напрягаемой с натяжением на упоры, должно быть не менее наибольшего диаметра стержней, а для нижних горизонтальных (при бетонировании) и верхних стержней также не менее соответственно 25 и 30 мм. Если нижняя арматура расположена более чем в два ряда, то горизонтальное расстояние между стержнями в третьем (снизу) и выше расположенных рядах принимают не менее 50 мм.

Продольную рабочую арматуру в балках (как и в плитах) укладывают согласно эпюрам изгибающих моментов в растянутых зонах, где она должна воспринимать продольные растягивающие усилия, возникающие при изгибе конструкции под действием нагрузок.

В железобетонных балках одновременно с изгибающими моментами действуют поперечные силы, что вызывает необходимость устройства поперечной арматуры. Количество ее определяют расчетом и по конструктивным требованиям.

Продольную и поперечную арматуру объединяют в сварные каркасы, а при отсутствии сварочных машин— в вязаные.

21. Понятие о железобетоне как о комплексном строительном материале.ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЯХ

1. Сущность железобетона. Железобетоном называется строительный материал, в котором соединены в монолитное целое бетон и сталь (арматура).

Идея создания железобетона из двух различных по своим механическим характеристикам материалов заключается в реальной возможности использования бетона для работы на сжатие, а стали на растяжение.

Бетон, являясь искусственным камнем, сопротивляется растяжению в 10—15 раз слабее, чем сжатию, что существенно ограничивает возможности его применения. Если, например, бетонную балку , свободно-лежащую на двух опорах, подвергнуть изгибу, то верхние волокна балки будут сжаты, а нижние растянуты. Поскольку бетон плохо сопротивляется растяжению, поперечное сечение такой балки можно назначить только из условий работы бетона на растяжение, поэтому бетонная (неармированная) балка будет массивной и нерациональной. Если же в растянутую зону ввести небольшое количество стали (1—2 % площади сечения бетона), то несущая способность балки повысится в 10—20 раз.

Совместная работа бетона и арматуры в железобетонных конструкциях оказалась возможной благодаря выгодному сочетанию следующих свойств:

1) сцеплению (склеиванию) между бетоном и поверхностью арматуры, возникающему при твердении бетонной смеси;

2) близким по значению коэффициентам линейного расширения бетона и стали при t≤100°С, что исключает появление внутренних усилий, могущих нарушить сцепление бетона с арматурой;

3) защищенности арматуры, заключенной в теле бетона, от коррозии и непосредственного воздействия огня.

Сегодня трудно найти такую область народного хозяйства, в которой при строительстве не применялся бы железобетон.

Преимущества железобетона: благодаря высоким физико-механическим свойствам он оказывает значительное сопротивление статическим и динамическим нагрузкам, сейсмо- и виброустойчив, долговечен, огнестоек и хорошо сопротивляется атмосферным воздействиям. До 70—80 % массы железобетона составляют широко распространенные материалы (песок, гравий или щебень и вода);прочность бетона со временем не только не уменьшается, но может даже увеличиваться; железобетону легко могут быть приданы любые целесообразные конструктивные и архитектурные формы; эксплуатационные расходы по содержанию и уходу за железобетонными конструкциями невелики.

К недостаткам железобетона относятся: сравнительно большая масса конструкций; повышенная тепло- и звукопроводность; сложность производства работ, особенно в зимний период; потребность в квалифицированных кадрах, специальном оборудовании (при изготовлении сборных железобетонных конструкций в заводских условиях); возможность появления трещин до приложения эксплуатационной нагрузки вследствие усадки и ползучести бетона, а также по технологическим причинам.

Железобетон широко применяется в промышленном, жилищном и сельском строительстве, в гидротехнических, шахтных и горно-рудных сооружениях. Применяют железобетон в машиностроении для изготовления станин и опорных частей тяжелых прессов и станков, в судостроении.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Page 2

Расчет стропильных ферм

Расчет фермы состоит из следующих этапов;

1) вычисление узловых нагрузок;

2) определение расчетных у сил и в стержнях;

3) подбор сечений стержней

4) расчет узловых соединение-Вычисление узловых нагрузок. Н;

стропильные фермы могут действовать вертикальные и горизонтальные на грузки. К вертикальным нагрузка» относятся: постоянная — от веса кровли, веса ферм со связями, веса прогонов и фонарей, веса подвесного потолка; временная длительная— от неподвижного технологического оборудования, подвешенного к фермам; временная кратковременная — от снега, подвижного технологического оборудования с перемещаемыми грузами. К горизонтальным относятся: нагрузка oт ветра, которая учитывается при уклонах кровель, больших 30°; нагрузка, возникающая от торможения подвесных кранов.

Основы конструирования ферм

При конструировании ферм, как и любых других конструкций, должны соблюдаться требования обеспечения принятой расчетной схемы, надежности работы, технологичности изготовления и монтажа. Для реализации принятой расчетной шарнирной схемы необходимо, чтобы продольные усилия во всех примыкающих к узлу стержнях сходились в одной точке. Для этого нужно, во-первых, центрировать осевые линии фермы в узлах и, во-вторых, совмещать с осевыми линиями линии, соединяющие центры тяжести сечений стержней. Если эти условия не удается выполнить при конструировании, то возникающие в узлах моменты должны быть учтены при расчете фермы. При конструировании узлов на фасонках соблюдаются следующие правила. Толщина фасонок назначается в зависимости от расчетных усилий в примыкающих стержнях решетки. Расстояния между краями элементов сварных ферм и поясов принимаются 6 — 20 мм, но не более 80 мм для уменьшения сварочных деформаций в фасонке. Размеры и очертания фасонок устанавливаются в зависимости от необходимых длин сварных швов, числа болтов или заклепок для прикрепления стержней в узлах. Очертания фасонок должны быть возможно более простыми (в виде прямоугольников или трапеций). При конструировании ферм со стержнями замкнутого сечения (из круглых труб, квадратных или прямоугольных гнуто-сварных замкнутых профилей) должна быть обеспечена герметизация внутренних полостей, не доступных для антикоррозионной защиты.

23. Плиты покрытия. Расчёт и конструирование.

Расчет и конструирование балочной плиты

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Page 3

В балочных плитах, характеризуемых отношением l2 : l1 ≥ 2, пренебрегают (в виду малости) изгибом в продольном направлении. Поэтому расчетная схема плиты принимается в виде многопролетной неразрезной балки прямоугольного сечения размером b × h = 100 см × hf (рис. 2.2) с пролетами вдоль короткой стороны плиты и полной нагрузкой численно равной нагрузке на 1 м2 плиты. При этом все промежуточные пролеты плиты принимаются равными расстоянию в свету между гранями второстепенных балок, а крайние – расстоянию между осью площадки опирания на стену и гранью первой второстепенной балки (рис. 2.2 а).

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Page 4

Класс арматуры хомутов А240, диаметр dw ≥ 0,25 d = 0,25 ∙ 25 = 6,25 мм.

Принимаем dw = 8,0 мм. (Обратите внимание на наличие проката стержней требуемого диаметра!).

Каркас сварной, поэтому шаг хомутов sw ≤ 15 d = 375 мм, sw = smax = 350 мм.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Page 5

В условиях центрального (осевого) растяжения находятся затяжки арок, нижние пояса и нисходщие раскосы ферм, стенки круглых в плане резервуаров для жидкостей и некоторые другие конструктивные элементы

Центрально-растянутые элементы проектируют, как правило, предварительно напряженными, что существенно повышает сопротивление образованию трещин в бетоне.

В условиях внецентренного растяжения находятся стенки резервуаров (бункеров), прямоугольных в плане, испытывающие внутреннее давление от содержимого, нижние пояса безраскосных ферм и некоторые другие элементы конструкций . Такие элементы одновременно растягиваются продольной силой N и изгибаются моментом М, что равносильно внецентренному растяжению усилием N c эксцентриситетом e0=M/N относительно продольной оси элемента.

Расчет прочности центрально-растянутых элементов

Разрушение центрально-растянутых элементов происходит после того, как в бетоне образуются сквозные трещины и он в этих местах выключается из работы, а в арматуре напряжения достигают предела текучести (если сталь имеет площадку текучести) или временного сопротивления. Несущая способность центрально-растянутого элемента обусловлена предельным сопротивлением арматуры без участия бетона.

В соответствии с этим прочность центрально-растянутых элементов, в общем случае имеющих в составе сечения предварительно напрягаемую и ненапрягаемую арматуру с площадями сечения соответственно Asp и As, рассчитывают по условию

где γs6— коэффициент, учитывающий условия работы высокопрочной арматуры при напряжениях выше условного предела текучести, применяемый равным η.

Если применяется ненапрягаемая арматура с условным пределом текучести, то вместо ysRs вводится расчетное напряжение σsd.

В элементах с напрягаемой арматурой без анкеров необходимо проверять прочность сечений элемента в пределах длины зоны передачи напряжений. Расчетное сопротивление арматуры здесь принимают сниженным, определяя его умножением Rs на коэффициент

где 1Х — расстояние от начала зоны передачи напряжений до рассматриваемого сечения арматуры в пределах этой зоны; 1Р — полная длина зоны передачи напряжений, устанавливаемая по формуле (1.21).

Расчет прочности элементов симметричного сечения, внецентренио растянутых в плоскости симметрии

Предельное состояние по несущей способности элементов любого симметричного сечения, внецентренио растянутых в плоскости симметрии, когда продольная сила N приложена между усилиями в арматуре S и S', характеризуется тем, что бетон в элементах пересечен сквозными поперечными трещинами. Поэтому в нормальных сечениях, совпадающих с трещинами, внешнему усилию сопротивляется лишь продольная арматура. Разрушение элемента наступает, когда напряжения в продольной арматуре S и S' достигают предельного значения. Несущую способность проверяют по условиям:

Если продольная сила N находится за пределами расстояния между равнодействующими усилий в арматуре S и S', предельное состояние по несущей способности внецентренно растянутых элементов сходно с предельным состоянием изгибаемых элементов. Часть сечения у грани, более удаленной от силы N, сжата, противоположная — растянута. Вследствие образования трещин в бетоне растянутой зоны сечения растягивающие усилия в трещинах воспринимаются только арматурой. Несущая способность элемента обусловлена предельным сопротивлением растяжению арматуры растянутой зоны, а также предельным сопротивлением сжатию бетона и арматуры сжатой зоны; при этом, если в сжатой зоне находится предварительно напрягаемая арматура, напряжения в ней принимают равным σsc которые определяют по формуле.

Несущую способность проверяют по условию

В уравнении (5.4) площадь сжатой зоны А'sp определяют по выражению

При расчете должно соблюдаться условие ξ = (x/h0) ≤ ξRВ противном случае принимают в формуле (5.4) ξ = ξR. Значение ξRопределяют по формуле.

В элементах прямоугольного профиля для проверки несущей способности формулу (5.4) преобразуют следующим образом:

Следует помнить, что формула (5.6) справедлива, если ξ ≤ ξR

Для определения высоты сжатой зоны может быть использовано уравнение (5.5):

Для определения площади сечения арматуры Asp и А' при AS=A'S = 0 формулы (5.5) и (5,6) преобразуют следующим образом:

Здесь ξR и ат — коэффициенты. Если при этом значение A'sp по расчету получается отрицательным или меньше минимально допустимого, то сечение A's назначают по минимальному содержанию, арматуры В этом случае, а также когда сечение арматуры A'sp задано заранее по иным соображениям, сначала следует вычислит

а затем по этому значениюнайти ξ и определить

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Предельное состояние - это... Что такое Предельное состояние?

Предельное состояние — состояние конструкции (сооружения), при котором она перестаёт удовлетворять эксплуатационным требованиям[1], то есть либо теряет способность сопротивляться внешним воздействиям, либо получает недопустимую деформацию или местное повреждение[2]. Дальнейшая эксплуатация такой конструкции недопустима или нецелесообразна[3].

Содержание

1 Группы
2 Метод предельных состояний
3 Примечания
4 Литература

Группы

Предельные состояния сооружений по степени возможных последствий[4] подразделяют[2][5] следующим образом:

первая группа — состояния, при которых происходит исчерпание несущей способности (прочность, устойчивость или выносливость) сооружений при соответствующих комбинациях нагрузок[6], которые могут также сопровождаться разрушениями любого вида (вязкое, усталостное, хрупкое), превращением системы в механизм, образованием трещин, цепи пластических шарниров и др.[4]
вторая группа — состояния, при которых нарушается нормальная эксплуатация сооружений или исчерпывается ресурс их долговечности вследствие появления недопустимых деформаций, колебаний и иных нарушений, требующих временной приостановки эксплуатации сооружения и выполнения его ремонта[4].

Выделяют[5] также следующие группы предельных состояний:

аварийное предельное состояние, соответствующее разрушению сооружений при аварийных воздействиях и ситуациях с катастрофическими последствиями;
устанавливаемые в нормах или заданиях на проектирование другие предельные состояния, затрудняющие нормальную эксплуатацию строительных объектов.

Метод предельных состояний

Основная статья: Метод предельных состояний

Метод предельных состояний — современный метод расчёта строительный конструкций, относящийся к полувероятностным методам[4].

В соответствии с методом расчёта по предельным состояниям вместо ранее применявшегося единого коэффициента запаса прочности (по методу допускаемых напряжений) используется несколько, учитывающих особенности работы сооружения[7], независимых коэффициентов, каждый из которых имеет определённый вклад в обеспечение надёжности конструкции и гарантии от возникновения предельного состояния[8].

Метод предельных состояний, разработанный в СССР и основанный на исследованиях под руководством профессора Н. С. Стрелецкого[4], введён строительными нормами и правилами в 1955 году[8] и в Российской Федерации является основным методом при расчёте строительных конструкций[1].

Этот метод характеризуется полнотой оценки несущей способности и надёжности конструкций благодаря учёту[8]:

вероятностных свойств действующих на конструкции нагрузок и сопротивлений этим нагрузкам;
особенностей работы отдельных видов конструкций;
пластических свойств материалов.

Расчёт конструкции по методу предельных состояний должен гарантировать ненаступление предельного состояния[4].

Примечания

↑ 1 2 Большой Энциклопедический словарь. 2000.
↑ 1 2 Муханов К. К. Металлические конструкции. — Москва: Стройиздат, 1978. — 572 с.
↑ Строительный словарь. Академик.
↑ 1 2 3 4 5 6 Москалёв Н. С., Пронозин Я. А. Металлические конструкции. — Москва: Издательство Ассоциации строительных вузов, 2007. — 344 с.
↑ 1 2 Проект нового СНиП «Надежность строительных конструкций и оснований». ГОСТы, СНиПы, СанПиНы — Нормативные документы — стандарты.
↑ Т. В. Луцко Введение норм на проектирование и расчет крановых металлоконструкций // Современное промышленное и гражданское строительство, 2006, т. 2, № 1. С. 39—42.
↑ А. С. Субботин, В. А. Хаустов Расчёт элементов строительных конструкции, подверженных различным видам деформации // http://hva.rshu.ru/
↑ 1 2 3 Предельное состояние. Большая Советская Энциклопедия.

Москалёв Н. С., Пронозин Я. А. Металлические конструкции. — Москва: Издательство Ассоциации строительных вузов, 2007. — 344 с.
Муханов К. К. Металлические конструкции. — Москва: Стройиздат, 1978. — 572 с.

Две группы предельных состояний, их учет при расчете строительных конструкций

Предельными называются такие состояния, при наступлении которых конструкция перестаёт удовлетворять предъявляемым к ней требованиям, т. е. она теряет способность сопротивляться внешним нагрузкам или получает недопустимые перемещения либо местные повреждения.

Причинами наступления в строительных конструкциях предельных состояний могут быть перегрузки, невысокое качество материалов, из которых они изготовлены, и другое.

Основное отличие рассматриваемого метода от прежних методов расчёта (расчет по допускаемым напряжениям) в том, что здесь чётко устанавливаются предельные состояния конструкций и вместо единого коэффициента запаса прочности k в расчёт вводится система расчётных коэффициентов, гарантирующих конструкцию с определённой обеспеченностью от наступления этих состояний при самых неблагоприяных (но реально возможных) условиях. В настоящее время этот метод расчета принят в качестве основного официального.

Железобетонные конструкции могут потерять необходимые эксплуатационные качества по одной из двух причин:

- по несущей способности (первая группа);

- по пригодности к нормальней эксплуатации (вторая группа).

4. Расчётные факторы

2. Расчет элементов стальных конструкций по первой группе предельных состояний. Основные этапы (несущая способность)

Расчет по первой группе предельных состояний выполняется в общем случае для всех этапов работы конструкции и элементов: изготовления, транспортирования, возведения и эксплуатации. Расчет должен гарантировать сохранение несущей способности конструкции с учетом возможной изменчивости нагрузок в большую сторону и прочностных характеристик материалов в меньшую сторону.

Несущая способность сечения будет обеспечена при выполнении условия:

Fmax( qn; γf) ≤ Fmin( S; Rbn; 1/γb; γbiRsn;1/γs; γsi)

где Fmax – максимальное расчетное усилие в сечении от силовых воздействий в самой невыгодной комбинации (функция нормативной нагрузкиqn, коэффициента надежности по нагрузкеγf, других факторов);

Fmin – наименьшая возможная величина несущей способности элемента (функция геометрических характеристик сеченияS, прочности материаловRbn ,Rsn, коэффициентов надежности по материалуγb,γs , коэффициентов условий работы материаловγbi,γsi.

Физический смысл данного выражения заключается в том, что максимально возможное усилие в сечении элемента должно быть меньше или, в крайнем случае, равно минимально возможной несущей способности сечения.

Дата добавления: 2017-05-18; просмотров: 901; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ