Железобетон

Метод расчета сечений по разрушающим усилиям

Недостатки метода расчета по допускаемым напря­жениям побудили советских ученых к выполнению спе­циальных исследований и разработке метода расчета, который лучше отвечал бы упругспластическим свойст­вам железобетона. Были разработаны новые нормы и технические условия проектирования железобетонных конструкций, введенные в действие в 1938 г.

Метод расчета сечений по разрушающим усилиям ис­ходит из стадии III напряженно-деформированного со­стояния при изгибе. Работа бетона растянутой зоны не учитывается. В расчетные формулы вместо допускаемых напряжений вводятся предел прочности бетона при сжа­тии и предел текучести арматуры. При этом отпадает необходимость в числе v. Эпюра напряжений в бетоне сжатой зоны вначале принималась криволинейной, а за­тем была принята прямоугольной. Усилие, допускаемое при эксплуатации конструкции, определяется делением разрушающего усилия на общий коэффициент запаса прочности k. Так, для изгибаемых элементов

М — MJk, (П. 7)

А для сжатых элементов

N = Nu/K. (II. 8)

При определении разрушающих усилий элементов, работающих по случаю I, разрушение которых начина­ется по растянутой зоне, вместо гипотезы плоских сече­ний применяется принцип пластического разрушения, со­гласно которому и в арматуре, и в бетоне напряжения достигают предельных значений одновременно. На осно­вании принципа пластических разрушений (впервые обоснованного советским ученым А. Ф. Лолейтом) бы­ли получены расчетные формулы разрушающих усилий изгибаемых и центрально-загруженных элементов.

Для изгибаемого элемента любой симметричной фор­мы сечения (рис. II.4) высоту сжатой зоны определяют из уравнения равновесия внутренних усилий в стадии разрушения

R„Ah + R AS = R А , (II.9)

И Ь S S Я ч

Где — временное сопротивление бетоиа сжатию прн изгибе, кото­рое принималось равном 1,25 Rb Rs — предел текучести арматуры; Аь — площадь бетона сжатой зоны сечения.

Разрушающий момент определяют как момент внут­ренних усилий относительно оси, проходящей через центр тяжести растянутой арматуры:

Mu = R„Sb+Rs As{h0-a), (И. 10)

Где Sb=At, Zb — статический момент площади бетона сжатой зоны от­носительно оси, проходящей через центр тяжести растянутой армату­ры; гь — расстояние от центра тяжести растянутой арматуры до цен­тра тяжести площади бетона сжатой зоны.

Граница между случаем 1 и случаем 2 устанавлива­ется на основе опытных данных: при 51s/S0<0,8—случай 1, где So — статический момент всей рабочей площади бетона относительно оси, проходящей через центр тя-

Рис. 11.4. К расчету балки любого симметричного сечения по разру­шающим усилиям

Жести растянутой арматуры. Для прямоугольных и тав­ровых сечений с полкой в сжатой зоне граничное значе­ние высоты сжатой зоны л:=0,55 H0.

Таким образом, по этому методу расчета в расчетных формулах участвует запас прочности K — единый для элемента в целом. Коэффициент запаса прочности K был установлен нормами в зависимости от причины разруше­ния конструкции, сочетания силовых воздействий и от­ношения усилий Tv от временных нагрузок к усилиям Tg от постоянных нагрузок. В случае преобладания вре­менной нагрузки перегрузка конструкции более вероят­на и коэффициент запаса должен быть больше. Так, для плит и балок при основном сочетании нагрузок и отно­шении TJTgs^2 6 = 1,8, при Tv/Tg>2 K=2 и т. д. Для сборных конструкций заводского изготовления при ос­новных и дополнительных сочетаниях нагрузок коэффи­
циент запаса уменьшался на 0,2, но принимался не ни­же 1,5.

В расчетах сечений по разрушающим усилиям внутрен­ние усилия М, Q, N от нагрузки определяют также в стадии разрушения конструкции, т. е. с учетом образо­вания пластических шарниров. Для многих видов кон­струкций — плит, неразрезных балок, рам — такого ро­да расчеты приводят к существенному экономическому эффекту.

Метод расчета по разрушающим усилиям, учитыва­ющий упругопластические свойства железобетона, более правильно отражает действительную работу сечений кон­струкции под нагрузкой и является серьезным развити­ем в теории сопротивления железобетона. Большим пре­имуществом этого метода по сравнению с методом рас­чета по допускаемым напряжениям является возмож­ность определения близкого к действительности общего коэффициента запаса прочности. При расчете по разру­шающим усилиям в ряде случаев получается меньший расход арматурной стали по сравнению с расходом ста­ли по методу допускаемых напряжений. Например, в из­гибаемых элементах сжатая арматура по расчету обыч­но не требуется.

Недостаток метода расчета сечений по разрушаю­щим усилиям заключается в том, что возможные откло­нения фактических нагрузок и прочностных характерис­тик материалов от их расчетных значений не могут быть явно учтены при одном общем синтезирующем коэффи­циенте запаса прочности.