Металеві конструкції

МІЦНІСТЬ, ТРІЩИНОСТІЙКІСТЬ ТА ДЕФОРМАТИВНІСТЬ СТАЛЕБЕТОННИХ БАЛОК

Міцність перерізів, нормальних до поздовжньої осі сталебетонних балок зі зовнішньою армату­рою, доцільно розраховувати так само, як міц­ність звичайних залізобетонних перерізів з оди­нарним та подвійним армуванням (рис. 10.8).

Сталебетонні згинані елементи за нормальни­ми перерізами руйнуються так само, як залізо­бетонні: напруження в стрічковій арматурі роз­тягненої зони досягає межі текучості раніше, ніж бетон стисненої зони досягає граничного значення міцності (перший випадок); бетон стисненої зони набуває граничного значення опору стиснення, напруження в арматурі розтягненої зони не до­сягають ще межі текучості (другий випадок).

Межа між випадками руйнування за розтяг­неною арматурою і за стисненим бетоном харак-

Х

Теризується параметром eR = - г-.

Іг0

Найбільше значення відносної висоти стисне­ної зони бетону при руйнуванні, коли зусилля в розтягненій арматурі і в стисненому бетоні рівно­значні, приймають за межу переармованого пере­різу eR при згині. Руйнування супроводжується утворенням пластичного шарніру у зовнішній стрічковій арматурі. Подальше навантаження балки зумовлює збільшення деформацій та зміцнення сталі, що спричинює роздавлювання стисненого бетону з подальшим руйнуванням пе­рерізу балки.

Для сталебетонних балок з одинарним арму­ванням можливий підвищений відсоток армуван­ня (5,0 % і більше) при застосуванні високих кла­сів бетону та зменшених розмірах поперечних перерізів.

Стиснену стрічкову арматуру в перерізі за­стосовують тоді, коли зовнішній згинальний мо-

П

Мент перевищує граничний, який може сприйняти стиснена зона бетону. Доцільно застосувати її для підвищення несучої здатності, жорсткості пере­різу, коли треба зменшити його розміри, особливо висоту, і при цьому зберегти попередню несучу здатність та жорсткість.

За результатами досліджень сталебетонних балок з подвійним стрічковим армуванням опти­мальне відношення стисненої арматури до роз­тягненої становить 0,34—0,39 для бетонів класів М400—М200 відповідно з армуванням 5 і 3 %.

Сталебетонні балки з подвійним стрічковим армуванням порівняно зі сталевими балками дво­таврового перерізу рівної висоти та однакової не­сучої здатності мають меншу деформативність і тому при оптимальному відношенні стисненої стріч­кової арматури до розтягненої можна одержати економію сталі до ЗО % і більше. Це дає підставу рекомендувати ці балки для застосування в де­яких галузях будівництва поряд зі сталевими.

Міцність сталебетонних балок за похилими перерізами визначають за методикою розрахунку залізобетонних елементів. Після розрахунку бал­ки додатково перевіряють міцність з'єднань - анкерів на ділянках між поперечними вертикаль­ними стержнями.

Конструктивне рішення сталебетонної балки зі зовнішньою гладкою стрічковою арматурою пе­редбачає обов'язкове встановлення торцевих жорстких упорів на опорах. Розраховуючи тор­цеві жорсткі упори на міцність, доцільно брати до уваги повне розрахункове зусилля в розтяг­неній стрічковій арматурі.

Тріщиностійкість. На відміну від залізо­бетонних елементів, у яких відстань між тріщи­нами визначається згідно з рівнянням, в основі якого розрахунковий опір бетону на розтяг, у ста­лебетонних балках відстань між тріщинами є зна­чення, наперед задане кроком розміщення по­перечних вертикальних стержнів у балці.

Ширина розкриття тріщини для сталебетон­них балок з одинарним і подвійним армуванням перебуває в лінійній залежності від середнього напруження в розтягненій стрічковій арматурі. Це дає змогу вважати, що відстань між тріщинами дорівнює проектному кроку поперечних стержнів Щср, та визначити в сталебетонних балках роз­рахункову ширину розкриття тріщини:

Ар = ш Гір

"т yji с1 *тп, ср»

Де vj/д — коефіцієнт, що враховує нерівномірність розподілу крайових деформацій бетону стисненої зони на ділянках між тріщинами. При цьому дос­лідне значення коефіцієнта перебуває в межах 0,84—0,97. Для розрахунків як для короткочас­ного, так і для тривалого навантаження доцільно приймати середнє їх значення і)/л = 0,9, а на­пруження у листовій арматурі:

М

W

На тріщиностійкість і місця появи перших тріщин у сталебетонних балках суттєво впливає крок між поперечними стержнями (анкерами) в поздовжньому напрямку і крок між ними по ши­рині бетонного перерізу балки.

У стадії експлуатаційних навантажень макси­мальна ширина розкриття тріщин у сталебетон­них балках з одинарним армуванням становить 0,05...0,07 мм, що вдвічі менше, ніж в залізобе­тонних балках. При цьому ширина розкриття тріщини біля стрічкової арматури на 10... 15 % менша, ніж ширина розкриття тріщини, віддале­ної на відстань ЗО мм від краю сталевого листа. Це є наслідком підвищеної властивості бетону до розтягу в межах зони впливу стрічкової арма­тури.

Конструктивні властивості сталебетонних ба­лок свідчать про те, що розрахунок на тріщи­ностійкість можна звести до визначення ширини розкритої тріщини на стадії експлуатації та по­рівняння цих значень з граничними.

Визначення прогинів сталебетонних балок для різних стадій роботи, особливо для стадії експлуатації, має важливе значення. Роз­рахункові значення деформацій, зокрема прогинів для згинаних елементів, не мають бути більшими, ніж граничні.

Прогин згинаних елементів залежить від їх жорсткості. Жорсткість В залізобетонних і ста­лебетонних елементів в одному й тому ж перерізі до і після появи тріщин у бетоні розтягненої зони різна.

У простішому випадку прогин плит, панелей балок від рівномірно розподіленого навантаження визначають за формулою

5 ql2

F 384 ' В"

Прогин в однопролітних балках, консолях від різного навантаження визначають за кривизною або жорсткістю:

(10.23)

Для вільно опертої балки: при рівномірно роз-

. с 5

Поділеному навантаженні Ь = —, при зосеред­женій силі на середині прольоту S = 1/12, при двох рівнозначних моментах на кінцях £ = 1/8.

Дослідження деформативності сталебетонних балок із одинарним і подвійним армуванням під­тверджують можливість застосування методики розрахунку визначення кривизни, жорсткості з урахуванням особливостей стрічкового армування.