Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние вопроса и задачи исследования
1.1. Предварительно напряженные железобетонные стропильные балки 9
1.2. Железобетонные конструкции с предварительно сжатой арматурой 14
1.3. Развитие методов расчета изгибаемых преднапряженных железобетонных элементов 21
1.4. Задачи исследования 23
Глава 2. Повышение эффективности стропильных железобетонных балок
2.1. Основные принципы . 24
2.2. Совершенствование типовых стропильных железобетонных балок 27
2.3. Железобетонные узкополочные стропильные балки двутаврового сечения 31
2.4. Железобетонные стропильные балки таврового сечения с полкой в растянутой зоне 32
2.5. Технико-экономические показатели предлагаемых решений стропильных железобетонных балок 35
2.6. Железобетонные стропильные балки с консольными ребрами вдоль их боковых поверхностей 38
2.7. Железобетонные стропильные балки с консольными выступами вдоль пролета 45
2.8. Способ изготовления железобетонных балок таврового сечения с полкой в растянутой зоне и комбинированным преднапряжением арматуры 47
Выводы по главе 2 49
Глава 3. Методика расчета железобетонных балок при комбинированном преднапряжении с учетом полных диаграмм деформирования материалов
3.1. К расчету железобетонных балок прямоугольного, двутаврового и таврового сечений с предварительно сжатой и предварительно растянутой высокопрочной арматурой 52
3.2. Аналитическое описание диаграмм деформирования бетона и предварительно напрягаемой высокопрочной арматурной стали 55
3.3. Шагово-итерационная методика расчета железобетонных изгибаемых элементов с комбинированным преднапряжением 62
3.4. Особенности предложенной методики расчета железобетонных изгибаемых элементов с комбинированным преднапряжением 79
Выводы по главе 3 80
Глава 4. Алгоритмизация предложенной методики расчета и ее технико-экономическая оценка
4.1. Область применения 81
4.2. Алгоритм расчета изгибаемых железобетонных элементов по предложенной методике при различном сочетании комбинированного преднапряжения 85
4.3. Оценка точности предложенной методики расчета в сравнении с результатами расчета по нормам и с экспериментальными данными 125
Выводы по главе 4 129
Основные выводы 13 0
Литература 133
Приложения
1. Условные обозначения (кроме принятых в СНиП 2.03.01-84 ) 148
2. Акты о внедрении 151
- Железобетонные конструкции с предварительно сжатой арматурой
- Технико-экономические показатели предлагаемых решений стропильных железобетонных балок
- Аналитическое описание диаграмм деформирования бетона и предварительно напрягаемой высокопрочной арматурной стали
- Алгоритм расчета изгибаемых железобетонных элементов по предложенной методике при различном сочетании комбинированного преднапряжения
Введение к работе
Актуальность темы
Существующие типовые железобетонные стропильные балки уже много лет не пересматривались и не обновлялись, несмотря на то, что объем их применения в строительстве весьма велик. При пролетах до 30 м такие конструкции в массовом строительстве целесообразно изготавливать из железобетона с целью экономии дефицитной стали, а также повышения долговечности и огнестойкости конструкций, поэтому их совершенствование приобретает особое значение.
Основной целью совершенствования указанных конструкций является снижение расхода стали и повышение технических характеристик. Эта цель в настоящей работе достигается разработкой ряда новых конструктивных решений, а также эффективным использованием комбинированного преднапряжения высокопрочной арматуры, при котором арматура растянутой зоны подвергается предварительному растяжению, а высокопрочная арматура сжатой зоны - предварительному сжатию.
Как известно в арматуре сжатой зоны элемента сжимающие напряжения не могут превысить 400-500 МПа из-за ограниченной предельной сжимаемости бетона, поэтому применение высокопрочной арматуры в таких элементах нецелесообразно. Для того, чтобы повысить эффективность использования высокопрочной арматуры в сжатом бетоне и тем самым уменьшить ее расход необходимо подвергать арматуру сжатой зоны предварительному сжатию. В этом случае предельные напряжения в сжатой арматуре при разрушении бетона возрастут на величину предварительного сжатия арматуры и станут равными Rsc +crsp- Это позволит уменьшить расход арматуры в (Rsc +asp)/ Rsc раз, т.е. в 1,5...2 раза в зависимости от класса арматуры и уровня преднапряжения.
Предварительное сжатие высокопрочной арматуры сжатой зоны железобетонных балок позволяет не только снизить расход стали, но и улучшить многие технические показатели.
Следует, однако, отметить, что при передаче предварительных напряжений с предварительно сжатой арматуры на бетон в нем возможно образование начальных технологических трещин. Такие трещины при приложении внешней полезной нагрузки надежно закрывается, однако способствуют увеличению деформативности и снижению трещиностойкости элемента.
Исследование железобетонных элементов с предварительно сжатой арматурой, выполненные ранее, относились только к сжатым колоннам и к изгибаемым элементам прямоугольного сечения.
Данная диссертационная работа посвящена совершенствованию и исследованию железобетонных стропильных балок различного профиля с применением в них как предварительно растянутой, так и предварительно сжатой высокопрочной арматуры. Учитывая большую распространенность таких конструкций в современном строительстве совершенствование их конструктивных решений и методов расчета с целью повышения технико-экономических показателей имеет большое народнохозяйственное значение.
В связи с этим тему настоящей диссертации следует признать актуальной. Она выполнялась на кафедре железобетонных и каменных конструкций РГСУ по Общероссийской программе "Архитектура и строительство" на 2003-2004 годы (тема № 211.03.01.357 "Разработка новых эффективных конструктивных решений стропильных и междуэтажных железобетонных балок с комбинированным преднапряжением и пакета прикладных программных комплексов по их расчету с учетом неупругой работы материалов") под руководством заслуженного деятеля науки и техники РФ, доктора технических наук, профессора Р.Л. Маиляна.
Целью диссертационной работы являлось разработка новых конструктивных решений железобетонных стропильных балок, в которых эффективно используется сочетание предварительно сжатой высокопрочной арматуры в сжатой зоне и предварительно растянутой арматуры в растянутой зоне.
В задачу исследования входила также разработка методики расчета, алгоритмов и пакета прикладных программных комплексов для расчета на ЭВМ железобетонных изгибаемых элементов с различным сочетанием комбинированного преднапряжения с учетом фактических диаграмм деформирования бетона и стальной арматуры.
Планировалось выполнить технико-экономическую оценку предложенных конструктивных решений и разработанной методики расчета на основе сравнения с существующими аналогичными конструкциями и с результатами расчета по методике норм.
Автор защищает:
- предложенные конструктивные решения стропильных железобетонных балок с повышенными технико-экономическими показателями;
- рекомендации по учету особенностей железобетонных стропильных балок с комбинированным преднапряжением при их расчете по обеим группам предельных состояний;
- предложенную методику расчета по обеим группам предельных состояний, алгоритмы и программы расчета на ЭВМ железобетонных балок с различным профилем поперечных сечений, в которых учитываются особенности влияния различного сочетания комбинированного преднапряжения и фактические криволинейные диаграммы деформирования бетона и высокопрочной стальной арматуры;
- технико-экономическую оценку предложенных конструктивных решений и методики их расчета на основе сравнения с существующими конструкциями и результатами расчета по методике норм.
Научная новизна работы:
- предложены новые конструктивные решения стропильных железобетонных балок с улучшенными профилями поперечных сечений и с комбинированным преднапряжением высокопрочной арматуры растянутой и сжатой зон, обеспечивающие существенное повышение технико-экономических показателей в сравнении с существующими конструкциями;
- разработаны рекомендации по учету особенностей железобетонных балок с комбинированным преднапряжением при их расчете по обеим группам предельных состояний;
- разработана методика расчета железобетонных изгибаемых элементов с различным сочетанием предварительного напряжения любого знака арматуры растянутой и сжатой зон сечения с учетом фактических диаграмм деформирования бетона и стальной арматуры;
- составлены новые алгоритмы и пакеты прикладных программных комплексов для расчета на ЭВМ по обеим группам предельных состояний железобетонных балок различных форм сечения с комбинированным преднапряжением, в которых учтены специфические особенности, обусловленные наличием предварительно сжатой арматуры, и неупругая работа бетона и высокопрочной арматуры.
Достоверность выводов и рекомендаций подтверждается сравнением с известными ранее полученными теоретическими и экспериментальными данными, а также результатами статистической обработки данных численных экспериментов.
Практическое значение и внедрение результатов работы
Разработанные новые конструктивные решения железобетонных стропильных и междуэтажных балок с комбинированным преднапряжением позволяют значительно снизить расход материалов, особенно высокопрочную арматуру.
Предложенная методика расчета железобетонных элементов при любом сочетании и знаках преднапряжений арматуры растянутой и сжатой зон с учетом фактических диаграмм деформирования бетона и высокопрочной арматуры повышают надежность запроектированных конструкций и приводят к экономии материалов.
Результаты выполненной работы защищены Патентом России №30371 внедрены в практику, в частности Северокавказским научно-исследовательским и проектным институтом "СевкавНИПИагропром", ОАО Республиканским центром проектирования "КАББАЛКЦЕНТРПРОЕКТ", ООО фирма "АГРОПРОЕКТ"
Рекомендованные конструктивные решения, методика их расчета, алгоритмы и пакет прикладных программных комплексов используются в указанных проектных организациях, а также в учебном процессе в Ростовском государственном строительном университете, Ростовской государственной академии архитектуры и искусств, Кабардино-Балкарском государственном университете и Кабардино-Балкарской сельскохозяйственной академии.
Апробация работы и публикации
Основные положения диссертации опубликованы в 8 научных статьях автора.
Материалы диссертации доложены на II Международной научно-практической конференции "Бетон и железобетон в третьем тысячелетии" (ЮРО РААСН, 2002 г.), Международной научно-практической конференции "Строительство-2002" (РГСУ, 2002 г.), Международной научно-практической конференции "Строительство-2003" (РГСУ, 2003 г.), научно-технической конференции Кабардино-Балкарского государственного университета (г. Нальчик, 2003 г.).
Железобетонные конструкции с предварительно сжатой арматурой
Предварительное сжатие высокопрочной стержневой арматуры сжатой зоны приводит к увеличению предельных сжимающих напряжений в арматуре при разрушении сжатой зоны элемента, они достигают значений Rsc+a spi где Rsc - предельные сжимающее напряжение, ограниченное предельной сжимаемостью бетона, a cr sp— предварительные сжимающие напряжения. Это приводит к увеличению несущей способности элемента, т.к. существенно уменьшается высота сжатой зоны элемента и увеличивается плечо внутренней пары сил.
При сохранении же несущей способности элемента неизменной предварительно сжатия арматуры, увеличивая предельные сжимающие напряжения, позволяет уменьшить сечения сжатой арматуры, т.е. снизить ее расход.
Основной проблемой при изготовлении конструкций с предварительно сжатой арматурой является обеспечение устойчивости арматурных стержней при их предварительном сжатии до бетонирования элемента. Существует большое количество способов, обеспечивающих устойчивость стержневой арматуры при предварительном сжатии до бетонирования элемента [72,75,77,78,79,86], а также после бетонирования [18,102,104]. Предпочтение следует отдать первой группе способов, поскольку при предварительном сжатии арматуры до бетонирования сцепление арматуры с бетоном сохраняется полностью.
В первой группе способов предусматривается предварительное сжатие не отдельных стержней, а арматурного пространственного каркаса вцелом. Продольные рабочие стержни, располагаемые в перегибах замкнутых поперечных хомутов, привязываются к последним вязальной проволокой. Как показали расчет и опытные данные кафедры железобетонных конструкций РГСУ шаг хомутов, назначаемый по СНиП для восприятия поперечных сил, достаточен также для обеспечения устойчивости отдельных арматурных стержней при предварительном сжатии каркаса. Что касается устойчивости всего арматурного каркаса вцелом, то это может быть достигнуто без труда различными способами. На рис. 1.4,а [78], представлена форма опалубка 1 в основании 2, боковых стенках 3 и съемных соединительных пластинах 4 которой имеются отверстия 5 и 6, деленным шагом. Арматурный каркас 7, установленный в форму 1 охватывают по периметру парными горизонтальными и вертикальными инвентарными стержнями 8, пропущенными через отверстия 5 и 6 (рис. 1.4,6). Продольная рабочая арматура каркаса, заанкеривается в торцевых пластинах формы, одна из которых закреплена неподвижно, а другая свободна. На свободной торцевой пластине арматура пропускается через втулки с винтами, что позволяет при ее заанкеривании получать одинаковую рабочую длину арматурных стержней даже в том случае, если их длины несколько различаются.
При предварительном сжатии усилие от домкрата передается на арматурный каркас через подвижную торцевую пластину. Устойчивость арматурного каркаса обеспечивается охватывающими его штырями 8. Затем форма заполняется бетонной смесью и после набора бетоном передаточной прочности крепежные штыри 8, предварительно смазанные маслом, извлекаются, производится отпуск предварительного напряжения и форма распалубливается.
На рис. 1.5 [72] показан другой способ закрепления пространственного арматурного каркаса против потери устойчивости при его предварительном сжатии. В этом случае используется специальная форма-опалубка с уголковыми упорами, приваренными к боковым стенкам вверху и к днищу. Арматурный каркас 1 при откинутых бортах 4 формы устанавливается на уголковые упоры 2 днища 3. Затем борта 4 поворотом вокруг цилиндрического шарнира 5 устанавливаются в вертикальное положение. При этом уголковые упоры 2 и 6 бортов располагают в разбежку с определенным шагом, что сводит к минимуму ослабление бетонных сечений.
Другие способы обеспечения устойчивости арматурных стержней при их предварительном сжатии, предложенные автором, рассмотрены в последующих главах диссертации.
При изготовлении железобетонных элементов с комбинированным преднапряжением предварительное растяжение арматуры растянутой зоны элемента и предварительное сжатие арматуры сжатой зоны может осуществляться раздельно независимо друг от друга или одновременно одним домкратом. В последнем случае используется специальная форма с поворотной торцевой пластиной [64]. Стальная форма-опалубка (рис. 1.6 и 1.7) состоит из двух вертикальных листов 1, приваренных к ним уголков 2 и горизонтального съемного листа (днища) 3, присоединяемого к уголкам болтами 4. После установки в форму пространственного арматурного каркаса, составляющего из продольных стержней 5, 6 и поперечных замкнутых хомутов 7, к которым стержни 5 и 6 привязаны вязальной проволокой, на концы этих стержней нанизываются торцевые пластины 8 и 9, имеющие отверстия. Торцевая поворотная пластина 8 имеет прилив 10 с цилиндрическим отверстием, через которое пропускается стержень И, закрепляемый на боковых стенках формы втулками 12. Через скобу 13, прикрепленной к пластине 8 передается растягивающее усилие от домкрата. Арматурные стержни 5 фиксируются в торцевых плитах с помощью втулок 14 и 15, снабженных винтами 16, а стержни 6 (в сжатой зоне) закрепляются в плите 9 с помощью анкерных втулок 14, а в подвижной плите 8-е помощью болтов 18, вкручиваемых во втулки 17 до упора в торцы стержней 6. Неподвижность торцевой пластины 9 обеспечивается двумя стержнями, пропущенными через отверстия 20 в боковых стенках формы.
Технико-экономические показатели предлагаемых решений стропильных железобетонных балок
Для оценки влияния уровня предварительного сжатия высокопрочной арматуры сжатой зоны стропильных балок на их технические характеристики были выполнены численные эксперименты с помощью ЭВМ. Алгоритм расчетов, учитывающих специфические особенности железобетонных элементов с предварительно сжатой арматурой, приводится в 4.1.
Результаты указанных численных экспериментов, приведенных на рис. 2.4, показывают как влияет предварительное сжатие высокопрочной арматуры класса A-VI на технические характеристики предложенных стропильных железобетонных балок пролетом 12 м с предварительно растянутой арматурой класса А-VI (4020 A-VI, asp = 900 МПа).
Повышение уровня предварительного сжатия арматуры сжатой зоны во всех трех предложенных балках, как видно из рис. 2.4, приводит к увеличению, как несущей способности балок, так и момента образования трещин в зоне расположения арматуры S. Следует обратить внимание на то, что несущая способность двутавровой узкополочной балки и балки таврового сечения с полкой в растянутой зоне при (r sp=-600 МПа такая же как типовой балки с развитой сжатой полкой при a sp= 0 (пунктирная линия на рис. 2.4).
С повышением уровня предварительного сжатия арматуры сжатой зоны существенно возрастает ширина раскрытия начальных технологических трещин указанной зоны при передаче растягивающих усилий с арматуры на бетон. Ширина этих трещин acrcj может достигать 0,3 ... 0,6 мм, однако они надежно закрываются при приложении к балке эксплуатационной нагрузки. Отрицательное влияние этих трещин на ширину раскрытия трещин в зоне растянутой от внешней нагрузки и прогибы балок компенсируется тем, что усилие предварительного сжатия арматуры сжатой зоны вызывает выгиб балки и обжатие нижней растянутой от внешней нагрузки зоны. В результате с повышением уровня предварительного сжатия арматуры сжатой зоны ширина раскрытия трещин в противоположной зоне и прогибы при действии внешней нагрузки возрастают незначительно (рис. 2.4). При этом как ширина раскрытия трещин асгс, так и суммарные прогибы/в предложенных балках меньше, чем в типовых.
Таким образом, следует констатировать, что разработанные автором стропильные железобетонные балки полностью отвечают техническим требованиям.
Экономические преимущества предлагаемых конструктивных решений стропильных балок упоминались в 2.2-2.4. Они усматриваются из данных, приведенных в табл. 2.3. При равнопрочных балках и соответствии всем техническим требованиям узкополочные балки двутаврового сечения требуют меньшего расхода бетона (на 7 %) и стали (на 14,5 %), чем типовые. При этом уменьшается вес балок (на 7 %) и денежные затраты (на 2 %).
Значительный экономический эффект достигается при применении стропильных балок таврового профиля с полкой в растянутой зоне. Этот эффект достигается за счет значительного уменьшения конструктивной высоты покрытия (балок и плит). Благодаря уменьшению объема кирпичной кладки стен здания, на которые опирается перекрытие, затраты на каменную кладку при однопролетном здании, как отмечалось выше, уменьшаются на 33 % в сравнении с типовым решением.
Существующие стропильные железобетонные балки имеют, как правило, прямоугольное, тавровое или двутавровое поперечное сечение. Растянутая зона армируется высокопрочной предварительно растянутой арматурой S, а сжатая -ненапрягаемой обычной или предварительно растянутой S (с целью повышения трещиностойкости при передаче преднапряжений с арматурой S на бетон). Предварительное растяжение арматуры S всегда стремятся принять минимально из условия трещиностойкости, т.к. оно может понизить прочность балки (при близком к &). Размеры полки в сжатой зоне принимают из условия прочности и возможности опирання плит покрытия двух смежных пролетов, а полки растянутой зоны из условия размещения а ней растянутой арматуры.
При таких балках конструктивная высота покрытия равна сумме высот балки и плит покрытия.
В отличии от указанного традиционного, авторами разработано новое решение стропильной железобетонной балки с консолями для опирання плит покрытия (рис. 2.5). Консоли по высоте балки располагаются так, чтобы поверхность плит покрытия, располагаемых на консолях, была заподлицо с верхней гранью балки, а вылет консолей принимается из условия опирання плит. При таком решении конструктивная высота покрытия уменьшится на высоту плиты, что приведет к значительному уменьшению объема кирпичной кладки стен здания. Ребро балки выше консоли принимается из условия размещения в нем сжатой арматуры. В качестве последней предусмотрено использование высокопрочной стержневой предварительно сжатой арматуры больших диаметров. Последнее облегчает обеспечение ее устойчивости при предварительном сжатии и снижает трудоемкость арматурных работ.
Аналитическое описание диаграмм деформирования бетона и предварительно напрягаемой высокопрочной арматурной стали
Разработанная методика расчета нормальных сечений железобетонных элементов в сравнении с методом принятым в нормах имеет следующие особенности и преимущества: - эпюра напряжений в бетоне сжатой зоны изгибаемого элемента принимается не условной прямоугольной, а фактической криволинейной; - в расчете используются фактические криволинейные диаграммы напряжений - деформаций с нисходящими ветвями как для бетона, так и для высокопрочной стальной арматуры; - в расчете учитываются особенности работы элементов, имеющих предварительно растянутую, предварительно сжатую и ненапрягаемую арматуру при различных вариантах их сочетаний; - расчет производится шагово-итерационным способом, при котором усилия и деформаций получают на всех этапах нагружения до исчерпания несущей способности; - при принятом методе расчета не требуется определения граничного значения высоты сжатой зоны & и определения случая расчета, а также привлечения дополнительных уравнений, связывающих напряжения с высотой сжатой зоны GS =f(Q при втором случае расчета, когда &, как это предусмотрено СНиПом [107]; - одновременно с определением усилий в принятой методике расчета получают деформации арматуры и бетона, а также кривизну элемента; - по кривой зависимости М — Mr определяют максимальное значение момента, соответствующего несущей способности нормальных сечений, а также кривизну, а затем прогиб элемента при заданном нормативном значении момента; - принятая методика рассчитана на выполнение расчетов на ЭВМ, поэтому ее большая трудоемкость в сравнении с нормативной не может служить препятствием для широкого применения в инженерной практике. 1. Разработана шагово-итерационная методика расчета по обеим группам предельных состояний изгибаемых железобетонных элементов с любым сочетанием предварительного растяжения и предварительного сжатия арматуры растянутой и сжатой зон с учетом полных фактических диаграмм деформирования бетона и стальной арматуры. 2. Рекомендованная Международными нормами ЕКБ-ФИП аналитическое описание диаграммы деформирования бетона распространено на высокопрочную ненапряженную и преднапряженную арматуру. 3. Составлена сводка формул, связывающих напряжения в арматуре растянутой и сжатой зон с высотой сжатой зоны бетона, ее краевыми деформациями и значениями преднапряжений при всех вариантах их сочетаний.
Предложенная шагово-итерационная методика расчета распространяется на любые сочетания преднапряжения растяжения и сжатия арматуры растянутой и сжатой зон изгибаемых элементов. В табл. 3.1. даны номера расчетных формул для всех восьми возможных комбинаций преднапряжений. Следует однако отметить, что предусмотренные в седьмом и восьмом сочетаниях преднапряжений предварительное сжатие арматуры растянутой зоны имеет целью повысить предельные напряжения в этой арматуре перед разрушением элемента до значений 6о"0 2 + сг5р2, т.е. увеличить их на величину предварительного сжатия asp2. Так, при. арматуре класса A-VI даже при УКХ=П = 1,1 и а5р2=400МПа предельные напряжения повысятся с
МПа, т.е. почти в 1,5 раза, что позволит существенно уменьшить сечение и расход арматуры растянутой зоны. Однако практически реализовать такое решение невозможно, т.к. ширина раскрытия трещин становится недопустимой нормами. Если трещины образующиеся при отпуске предварительно сжатой арматуры сжатой зоны при внешнем нагружении закрываются, то в растянутой зоне ширина подобных начальных трещин наоборот возрастает, что приводит к почти полной потере напряжений предварительного сжатия арматуры.
В связи с этим величину предварительного сжатия арматуры растянутой зоны следует назначать такой, чтобы при отпуске арматуры трещины не возникали. Проверка этого условия производится по формуле (рис. 4.1) где Pi - равнодействующая усилий предварительного сжатия арматуры Sp и S p за вычетом первых потерь преднапряжении, происходящих до передачи преднапряжении на бетон, равная asp/ и a spi - преднапряжения сжатия арматуры Sp и S p за вычетом первых потерь; еор - эксцентриситет усилия Pi относительно центра тяжести приведенного сечения до ядровой точки наиболее удаленной от стороны, растянутой усилием Pj\ Мг - момент внешних сил, действующих на элемент в стадии изготовления, в частности от собственного веса балки; K.scr прочность бетона на растяжение, соответствующая передаточной прочности Rep\ №рГ — упруго-пластический момент сопротивления для наиболее растянутой от усилия Р/ стороны сечения. Из выражения (4.1) определяется усилие Рі, а в соответствии значения преднапряжении сжатия aSpi и a spi, при которых технологические начальные трещины не возникают. Полученные значения aspi и o spi настолько малы, что повышение предельных напряжений в арматуре Sp весьма незначительно даже если повысить сопротивление бетона растяжению (например, введением фибр из волокнистых материалов, что позволяет повысить Rettser почти вдвое). Поэтому предварительное сжатие арматуры Sp растянутой зоны нецелесообразно. Не имеет смысл также девятое сочетание преднапряжении, при котором арматура Sp растянутой зоны подвергаться предварительному сжатию, а арматура S p сжатой зоны - предварительному растяжению. В этом случае кроме недостатков отмеченных при рассмотрении седьмого и восьмого сочетаний преднапряжении, появляется еще дополнительный отрицательный эффект — значительное повышение обжатия бетона сжатой зоны.
Алгоритм расчета изгибаемых железобетонных элементов по предложенной методике при различном сочетании комбинированного преднапряжения
В первых двух блоках определяются характеристики бетона, используемые в блоке 8 для аналитического описания диаграммы деформирования бетона согласно уравнению (3.16).
Для выполнения итерационного расчета следует задаться начальным значением относительной деформации крайнего сжатого волокна бетона. Оно принимается равным єво=0,2»10 3, что несколько выше деформации, соответствующей пределу упругости.
При меньшем значении деформации работа железобетонного элемента не представляет интереса. Кроме того это позволяет сократить число шагов итерации и напряжения в бетоне при каждом шаге определять только с помощью уравнения (3.16). По этой формуле в блоке 9 вычисляются значения напряжений в бетоне 0«/ и овті, соответствующие деформациям єві и єеті. Они не должны быть более призменной прочности бетона. После проверки этого условия в блоках 10 и 11 переходим к блоку 12, в котором по существу определяется имеет ли заданная арматура физический предел текучести. При Rsp менее 400 МПа (арматура классов A-I — A-III) арматура имеет предел текучести и расчет выполняется по подпрограммам 3.2 и 3.13 (первое сочетание). В противном случае, т.е. когда при Rs 400 МПа, в расчет вводится условные пределы текучести и упругости. При отсутствии преднапряжения (условие блока 13) их значения приводятся в исходных данных. Далее определяется коэффициент Ks (блок 14), входящий в аналитическое описание диаграммы деформирования стали. Затем в зависимости от отсутствия (блок 15) или наличия предварительного сжатия арматуры сжатой зоны расчет ведется по подпрограмме 3.3 или 3.12 с последующим переходом к подпрограммам 3.13 (второе и третье сочетание преднапряжений).
При наличии предварительного растяжения арматуры растянутой зоны в блоках 16-18 определяется значение условного предела упругости a ei арматуры, подвергнутой преднапряжению. Далее при asp 0,8Rsp по эмпирической формуле, приведенной в блоке 20, определяется значение пластической деформации арматуры, вызванной преднапряжением. В блоке 21 определяется деформация ее\ арматуры Sp, соответствующая условному пределу упругости a ei, а в блоке 22 - коэффициент K s, входящий в аналитическое описание диаграммы деформирования стали, подвергнутой предварительному растяжению.
В элементах без предварительного напряжения арматуры сжатой зоны (условия блока 23) и при предварительном растяжении арматуры растянутой зоны в пределах упругой работы (условие блока 24) расчет ведется по подпрограмме 3.4, а при asp aei - по подпрограмме 3.5 с последующим переходом от указанных подпрограмм к подпрограмме 3.13 (четвертое сочетание преднапряжений).
При предварительном растяжении арматуры сжатой зоны (условие блока 25) и при предварительном растяжении арматуры обеих зон в пределах упругости (условия блоков 26 и 27) расчет ведется по подпрограмме 3.6. Если же предварительное растяжение арматуры ниже, то расчет ведется по подпрограмме 3.7. При предварительном растяжении арматуры Sp в пределах упругости, а арматуры S p выше предела упругости расчет ведется по подпрограмме 3.8. Если предварительное растяжение арматуры обоих зон превышает предел упругости (условия блоков 26 и 28), то расчет выполняется по подпрограмме 3.9. От подпрограмм 3.6, 3.7, 3.8 и 3.9 осуществляется переход к подпрограмме 3.13.
В элементах с предварительно сжатой арматурой в сжатой зоне уровень предварительного сжатия следует принимать не выше уровня упругой работы. Более высокий уровень предварительного сжатия, как показано в параграфе 3.2, не целесообразен. Если при этом арматура растянутой зоны подвергается предварительному растяжению до уровня упругой работы (условие блока 29), то расчет выполняется по подпрограмме 3.10, а если выше указанного уровня, то по подпрограмме 3.11, после чего осуществляется переход к подпрограмме 3.13.
В подпрограмме 3.2 (рис. 4.4) рассматривается расчет элемента с невысокопрочной арматурой при отсутствии преднапряжений ( Jsp=a sp=0). Напряжения в ненапрягаемой арматуре сжатой зоны a soi (блок 2) равны сумме сжимающих напряжений от внешней нагрузки и сжатия, вызванного усадкой бетона. В блоках 3-5 определяются напряжения a sof, в той же арматуре, когда нейтральная ось проходит по низу верхней (сжатой) полки, т.е. при Xr=h f. Поскольку h f известно, а значением єві задаемся, получим численное значение a soji на данном шаге итерации. Это необходимо для определения положения нейтральной оси в подпрограмме 3.13. В блоке 6 определяется зависимость напряжения aSOi в арматуре S растянутой зоны от высоты сжатой зоны х{. При х,=/г/аналогичны напряжения а50д получают численные значение (блоки 7-9). Далее осуществляется переход к заключительной подпрограмме 3.13, в которой определяются искомые величины - момент, кривизна и прогиб. Все остальные подпрограммы, отличающиеся сочетанием преднапряжений, уровнем преднапряжений и суммарных напряжений (работа арматуры в пределах упругости и за ее пределами) также завершаются подпрограммой 3.13. Подпрограмма 3.3 (рис. 4.5) отличается от подпрограммы 3.2 только тем, что в ней рассматриваются элементы с высокопрочной арматурой. Поскольку в подпрограммах без индекса рассматриваются элементы, арматура которых работает в пределах упругости, то в ней используются те же зависимости. В блоках 2-5 напряжения asi и asoi в арматуре Sp и S растянутой зоны, а также напряжения a si и а\0{ в арматуре S p и S сжатой зоны выражаются через задаваемые значения єві и неизвестное Х/. В блоках 6-14 вычисляются напряжения во всей арматуре при x(=h f и производится проверка условий, ограничивающих их численные значения.
