0
Реферат По дисциплине: «Строительные конструкции» на тему: расчет прочности центрально растянутых предварительно напряженных элементов.
1.1 Железобетон — комплексный материал.
Железобетон представляет собой комплексный строительный материал, состоящий из бетона и стальных стержней, работающих в конструкции совместно в результате сил сцепления.
Известно, что бетон хорошо сопротивляется сжатию и значительно слабее растяжению (в 10—20 раз меньше, чем при сжатии), а стальные стержни имеют высокую прочность как при растяжении, так и при сжатии. Основная идея железобетона и состоит в том, чтобы рационально использовать лучшие свойства составляющих материалов при их совместной работе. Поэтому стальные стержни (арматуру) располагают так, чтобы возникающие в железобетонном элементе растягивающие усилия воспринимались в большей степени арматурой. В изгибаемых элементах, например в плитах, балках, настилах и др. основную арматуру размещают в нижней, растянутой зоне сечения (рис. 1.1, а), а в верхней, сжатой зоне ее либо совсем не ставят, либо ставят небольшое количество, необходимое для конструктивной связи стержней в единые каркасы и сетки. В элементах, работающих на сжатие, например в колоннах (рис. 1.1, б), включение в бетон небольшого количества арматуры также значительно (в 1,5—1,8 раза) повышает их несущую способность. Возникающие в колоннах растягивающие напряжения от поперечных деформаций воспринимаются хомутами или поперечными стержнями; последние служат также для связи продольных стержней в плоские или пространственные каркасы. В растянутых элементах (рис. 1.1, в) действующие усилия воспринимаются арматурой.
В изгибаемых и внецентренно нагруженных элементах в местах действия поперечных сил возникают главные растягивающие ? Г. Р напряжения, которые уже не могут восприниматься продольной арматурой растянутой зоны. Если такие места не заармировать, то появятся наклонные трещины примерно под углом 45°. Для воспринятая главных растягивающих напряжений и предотвращения образования трещин в балках, например, ставят хомуты или поперечные стержни, а при необходимости и нижнюю продольную арматуру отгибают под углом 45—60° вверх с заделкой в сжатой зоне бетона (рис. 1.1, г). Таким образом, соединенные бетон и стальные стержни создают качественно новый материал — железобетон (или точнее сталебетон), область применения которого практически не ограничена.
Основу совместной работы бетона и арматуры составляет благоприятное природное сочетание их некоторых важных физико-механических свойств, а именно.
1) сталь и бетон имеют близкие по значению коэффициенты линейного расширения — для бетона 0,00001— 0,000015, для стали 0,000012, поэтому при температурных изменениях (до 100° С) дополнительные напряжения в зоне контакта арматуры с бетоном не возникают и сцепление не нарушается, оба материала работают совместно.
2) бетон при твердении дает некоторую усадку, благодаря чему его сцепление с арматурой еще больше увеличивается.
3) плотный тяжелый бетон является хорошей защитой арматуры от коррозии и огня.
Благодаря многочисленным положительным свойствам железобетона — долговечности, огнестойкости, высокой прочности и жесткости, плотности, гигиеничности и сравнительно небольшим эксплуатационным расходам конструкции из него широко применяют во всех областях строительства. Предварительное напряжение железобетона дает возможность повысить трещиностойкость и жесткость конструкций и тем самым еще более расширить область их использования, особенно для большепролетных конструкций покрытий и перекрытий.
1.2 Монолитные железобетонные конструкции.
Железобетонные конструкции, возводимые в проект ном положении непосредственно на объекте строитель ства, называются монолитными.
Для возведения монолитных железобетонных конст рукций требуются поддерживающие подмости (леса) и опалубка (формы), в которую устанавливают арматур ные каркасы и укладывают бетон. Подмости и опалубку снимают после того, как бетон приобретает достаточную прочность. Если арматурный каркас выполнен из прокат ных профилей (жесткая арматура) или в виде фермочек, сваренных из круглых стержней (несущие арматур ные каркасы), то опалубку подвешивают к арматуре и устройства подмостей не требуется. Монолитные железо бетонные конструкции требуют значительных трудовых затрат на объекте строительства. Их применяют в мас сивных сооружениях, в некоторых специальных сооруже ниях, которые могут быть возведены без подмостей в скользящей или переставной опалубке (водонапорные башни, дымовые трубы, градирни, стены и шахты много этажных зданий и др.). Монолитный железобетон часто используют в конструкциях фундаментов, для устройст ва днищ резервуаров и т. д.
1.3 Сборные железобетонные конструкции.
Железобетонные конструкции, изготавливаемые на специализированных заводах, называются сборными. Такие конструкции монтируют на строительной площад ке и при необходимости соединяют между собой путем сварки арматурных стержней или стальных закладных деталей. Стыки элементов затем бетонируют или зали вают цементным раствором.
Применение сборных железобетонных конструкций (сборного железобетона) обеспечивает высокую инду стриализацию строительства благодаря использованию высокопроизводительных машин и механизмов как при изготовлении элементов, так и при их монтаже. Это по зволяет снизить трудовые затраты на строительной пло щадке, сократить сроки строительства, ликвидировать сезонность строительных работ.
При проектировании сборных железобетонных конст рукций необходимо руководствоваться следующими принципами.
1) принимать минимальное число типоразмеров.
2) максимально укрупнять элементы (с учетом грузо подъемности монтажных механизмов и транспортных средств.
3) обеспечивать технологичность изготовления эле ментов, т. е. предусматривать такую их форму и разме ры, при которых изготовление их на заводе будет удоб ным и высокопроизводительным.
4) обеспечивать технологичность монтажа элементов, т. е. наиболее удобное их транспортирование и установку в проектное положение, а также соединение с другими элементами.
5) рассчитывать сборные элементы не только на усилия, которые они будут испытывать при. эксплуатации, но и на усилия, которые возникнут в процессе их транс портирования и монтажа. Так, колонна, установленная в проектное положение, работает от воздействия эксплу атационных нагрузок на сжатие, а при подъеме и транс портировании — на изгиб, как балка, загруженная соб ственным весом.
Железобетонные конструкции, которые возводят из сборных элементов, но отдельные участки бетонируют на месте строительства, называют сбор номонолитным и. Такие конструкции в ряде сооружений позволяют упростить узловые сопряжения и получить жесткую про странственную систему как при монолитном железобе тоне.
1.4 Предварительно-напряженные железобетонные конструкции.
Как отмечалось выше, при загружении железобетон ного элемента наблюдается раннее образование т-рещин в бетоне растянутой зоны. С ростом нагрузки растягива ющие напряжения воспринимаются арматурой, а трещи ны в бетоне раскрываются. Для большого числа конст рукций, арматура которых имеет обычную прочность (не высокопрочная), ширина раскрытия трещин при дейст вии предусмотренных расчетом нагрузок незначительна и не нарушает их эксплуатационных качеств. В тех слу чаях, когда к конструкции предъявляются требования непроницаемости (резервуары, трубы), когда конструк ция снабжена высокопрочной арматурой или Находится в условиях агрессивной среды, появление трещин или значительное их раскрытие может привести к потере экс плуатационных качеств. Чтобы предотвратить образова ние трещин или ограничить ширину их раскрытия в бето не растянутой зоны конструкции, при ее изготовлении заранее создают значительные сжимающие напряжения путем натяжения арматуры (см. гл. XXII). В такой кон струкции возникающие при работе под нагрузкой растя гивающие напряжения только погашают предваритель ное сжатие в бетоне, поэтому образование трещин значи тельно отдаляется. Такие железобетонные конструк ции называют предварительно-напряжен ными.
Благодаря эффективному использованию высоко прочной арматуры в предварительно-напряженных кон струкциях, повышенной их жесткости и ряду других преимуществ эти конструкции нашли широкое примене ние в практике строительства.
1.5 Классификация и области применения железобетонных конструкций.
Все железобетонные конструкции можно разделить на несколько видов.
а) по назначению — на конструкции для жилищного, общественного, промышленного, сельскохозяйственного и мелиоративного, транспортного, энергетического строительства и др.
б) по материалу — из тяжелого бетона, из бетона на пористых заполнителях и из ячеистого бетона.
в) по способу выполнения — монолитные, возводимые непосредственно на объекте строительства; сборные, изготовляемые на заводах и полигонах; сборно-монолитные, возводимые из сборных элементов с добетонированием отдельных участков на месте строительства.
г) по способу армирования — с обычным армированием (каркасами, сетками и отдельными стержнями) и предварительным напряжением арматуры из высокопрочных стержней, проволоки или арматурных канатов.
С развитием строительной индустрии широкое распространение получили сборные железобетонные конструкции, которые в наибольшей степени отвечают требованиям максимальной индустриализации строительства. Монолитный железобетон в настоящее время применяется в особых случаях, например в индивидуальных с нетиповыми пролетами зданиях, в зданиях, возводимых в подвижной опалубке, и при достаточном технико-экономическом обосновании. Сборно-монолитные конструкции выгодны для большепролетных и других конструкций, когда добетонирование участков и замоноличивание стыков конструкций повышает общую пространственную прочность и жесткость здания или сооружения, в результате чего достигается и экономический эффект. На основные виды сборных конструкций имеются каталоги с указанием номенклатуры изделий, выпускаемых заводами для того или иного вида строительства.
*