Проверка прочности простых объединенных сечений при растяжении бетона временной нагрузкой
|
Рассмотрим простое объединенное сечение такого же типа 1C, как по рис. 84, а или 87, воспринимающее отрицательный изгибающий момент или изгибающий момент с осевой силой при преимущественном растяжении бетона временной нагрузкой. При этом возможны следующие варианты работы бетона: 1) бетон настолько обжат постоянными нагрузками (с регулированием или без него) или предварительным напряжением, что при растягивающих воздействиях временных нагрузок в итоге растяжения в бетоне не возникает; 2) хотя бетон и обжат постоянными воздействиями, но временные нагрузки преодолевают это обжатие и в итоге растяжение в бетоне возникает; 3) бетон не обжат постоянными воздействиями, растяжение в бетоне возникает от полной величины растягивающих воздействий временных нагрузок (или от суммы растягивающих постоянных и растягивающих временных воздействий). До последнего времени в разных проектных организациях для вариантов 2 и 3 существовала различная практика в отношении этапа расчета и тех загружений, при которых растянутый бетон выключался из работы, в отношении критериев для его выключения, а также в отношении учета продольной арматуры растянутого железобетона и модуля упругости бетона при его растяжении. Расчет на трещиностойкость (в частности, на ограничение раскрытия трещин) обычно отсутствовал или заменялся проверкой растягивающих напряжений в бетоне под такими же нагрузками, что и при основной проверке прочности сечения, но по особым допускаемым напряжениям. В настоящее время все эти вопросы регламентированы Техническими условиями CH 200-62 и Техническими указаниями BCH 92-63. При определении силовых факторов М, Q и N бетон полностью вводят в состав сечений, причем растянутый бетон условно учитывают с обычным модулем упругости при сжатии, равным Еб. Проверки прочностей трещиностойкости выполняют раздельно. При проверке прочности в зависимости от величины напряжения в крайней фибре бетона либо учитывают упругую работу всего сечения бетона, либо бетон полностью не учитывают. Независимо от этого продольную арматуру учитывают всегда. В расчетах на прочность в период эксплуатации железобетонных конструкций, в том числе и предварительно напряженных, работу бетона на растяжение, как известно, никогда не учитывают, определяют зону растянутого бетона и выключают ее из работы. В сталежелезобетонных конструкциях при проверке прочности точное определение границы растянутого выключившегося бетона оказывается сравнительно сложным. Значительно проще либо полностью учесть весь бетон в составе сечения, либо полностью выключить его. Такой подход дополнительно оправдан тем, что железобетонная часть сталежелезобетонного элемента является обычно плитой с малой высотой (толщиной) и большой шириной. Опыт эксплуатации и испытаний показал, что если в плите появляются трещины, они часто сразу распространяются на всю ее толщину. Однако полностью исключать из работы плиту во всех случаях появления в ней фибровых растягивающих напряжений было бы неоправданным, поскольку при значительной площади она может оказать существенное влияние на воспринимаемый момент. В соответствии с изложенными соображениями критическая величина σкр напряжения σбф, определяющая необходимость выключения всего бетона из состава сечения, назначена дифференцированно. Принимается: σкр = 0 в автодорожных и городских мостах при наличии в железобетоне арматуры из высокопрочной проволоки (пучков, канатов), а также в железнодорожных мостах независимо от вида арматуры; σкр = Rрп в автодорожных и городских мостах при отсутствии в железобетоне арматуры из высокопрочной проволоки. Здесь Rрп — расчетное сопротивление бетона растяжению согласно действующим нормам. В железобетонных мостах Rpn используется только для предварительно напряженных элементов, а в сталежелезобетонных конструкциях — независимо от наличия предварительного напряжения. При σкр = 0 расчет прочности ведется еще более осторожно, чем в железобетонных конструкциях, а при σкр≥0 — более смело. Весьма осторожный подход к железнодорожным пролетным строениям определяется не только их большой ответственностью, но и значительным влиянием повторности загружений, что может привести к увеличению растягивающих напряжений в бетоне по сравнению с расчетными. Столь же осторожный подход к пролетным строениям, имеющим в бетоне высокопрочную проволоку, определяется как необходимостью надежной защиты проволоки от коррозии (хотя она в значительной степени обеспечивается расчетом на трещиностойкость), так и тем, что наличие высокопрочной арматуры является признаком интенсивного предварительного напряжения, при котором растягивающие напряжения в бетоне могут получиться только как малые разности больших величин, что определяет пониженную обеспеченность от получения в действительности растягивающих напряжений, больших расчетных. Фибровые напряжения σбф вычисляют в предположении упругой работы бетона с учетом в необходимых случаях ползучести бетона и обжатия поперечных швов под постоянными нагрузками и воздействиями. Для автодорожных и городских мостов без высокопрочной арматуры в железобетоне в случае получения при рассматриваемом загружении растягивающих напряжений σбф в пределах Rрп≥σбф≥0 для учета работы бетона в составе сечения необходимо, кроме того, соблюдение условия σбф≤RрпР и при самом невыгодном для этого напряжения положении временной нагрузки и сочетании. Таким образом, помимо вычисления σбф при рассматриваемом загружении, должно быть определено и невыгодное значение σбф. Наибольшее σбф часто получается в дополнительном сочетании — при невыгодном для σбф положении временной нагрузки, взятой с коэффициентом сочетаний 0,8, и с учетом воздействий усадки бетона и колебаний температуры. Имеется в виду, что если в бетоне при одной из комбинаций воздействий появятся трещины, то в последующем он не сможет работать на растяжение и при любой другой комбинации воздействий. Работу же бетона на сжатие (при растягивающем σбф≤0) учитывают независимо от появления и величины суммарных растягивающих напряжений в бетоне этого сечения при иных комбинациях воздействий. Отметим, что в действительности работоспособность железобетона при сжатии зависит, по-видимому, от того, раскрывались ли в нем поперечные трещины при растяжении, и от величины раскрытия трещин. Однако в настоящее время это не принимается во внимание в связи с неисследованностью вопроса. Напряжения σбф при отсутствии предварительного напряжения определяют по следующим формулам: в основном сочетании  в дополнительном сочетании  В соответствии с изложенным Технические условия CH 200-62 и Технические указания BCH 92-63 предусматривают при преимущественном растяжении бетона временной нагрузкой 2 расчетных случая: - случай Г, когда бетон учитывают в составе сечения — при выполнении хотя бы одного из следующих условий: σбф≤0 в рассматриваемом загружении и σбф, max≤σкр в наиболее невыгодном загружении и сочетании; - случай Д, когда бетон не учитывают в составе сечения — при одновременном выполнении следующих условий: σбф≥0 в рассматриваемом загружении и σбф, max≥σкр в наиболее невыгодном загружении и сочетании.  Если вернуться к вариантам проявления воздействий, перечисленным ранее, то случай Г всегда имеет место при первом и иногда при втором варианте, а случай Д, как правило, при втором и практически всегда при третьем варианте. Применительно к основному сочетанию нагрузок и воздействий расчетные формулы случая Г имеют в соответствии с рис. 90 следующий вид: для крайней фибры стального нижнего пояса   Расчетные формулы случая Г (39) и (40), естественно, сходны с расчетными формулами случая А (29) и (30). Различие имеется только в знаках напряжений и в том, что для случая Г принято m2 = 1, поскольку бетон, разумеется, не может сдерживать текучесть стали при растяжении. В случае Г положительными считаются растяжение в верхнем поясе (и в бетоне) и сжатие в нижнем поясе, а в случае А — наоборот. Расчетные формулы случая Д (см. рис. 90) выражают воздействия внешних силовых факторов на стальную часть сечения (с учетом во II стадии продольной арматуры железобетона) и имеют следующий вид:  В этих формулах отсутствуют внутренние напряжения от ползучести бетона и обжатия поперечных швов. Эти напряжения, как уравновешивающие соответствующие напряжения в бетоне, пропадают одновременно с исключением бетона из состава сечения. В формулах (39) — (43)  |
