Виды изгибаемых элементов и их конструктивные особенности

Изгибаемые железобетонные элементы применяют в виде плит и балок, которые могут быть самостоятельными конструкциями или входить в состав сложных конструкций и сооружений (ребристые перекрытия, элементы каркасов сооружений и т. п.)

· Плитой называют конструкцию, имеющую малую толщину плит назначают возможно меньшей, так как расход бетона на эти конструкции составляет значительную долю его общего расхода на сооружение. Наименьшая толщина плиты должна удовлетворять требованиям прочности и жесткости. Толщину монолитных плит принимают кратной 10 мм, но не менее: для покрытий – 40 мм, для междуэтажных перекрытий гражданских и промышленных зданий – соответственно 50 и 60 мм. Минимальная толщина сборных плит – 25…35 мм. Армируют плиты сварными сетками. Сетки располагают в соответствии с эпюрой изгибающих моментов со стороны растянутых волокон (см. рис. 9.6). Стержни рабочей арматуры принимают диаметром 3…12 мм, располагая их на участке с максимальным моментом, шагом 100…200 мм, на остальных участках плиты шаг должен быть не более 400 мм. Распределительные стержни, образующие совместно с рабочими стержнями сетку, обеспечивают правильное положение их при бетонировании, воспринимают не учитываемые расчетом усилия от усадки бетона и изменения температуры, а при действии местных нагрузок распределяют их на большую площадь. Распределительные стержни имеют диаметр 3…8 мм, шаг 250…350 мм, площадь поперечного сечения не менее 10 % от сечения рабочей арматуры. Армирование плит вязаными сетками применяют редко: при сложной конфигурации в плане, большом числе отверстий и т. п.

Рис. 4.1. Формы поперечных сечений балок и схемы армирования:

1 — напрягаемая арматура

· Балкой называют конструкцию, у которой размеры поперечного сечения h и b значительно меньше ее пролета l.

Поперечные сечения железобетонных балок без предварительного натяжения арматуры обычно бывают прямоугольные, тавровые (с полкой внизу или вверху), трапециевидные (рис. 4.1, а...г) и др. Характерными сечениями предварительно напряженных балок являются тавровое, двутавровое (рис. 4.1, д) и др. Высота балок изменяется в широких пределах и в зависимости от нагрузок и назначения конструкции составляет ¹/₈ …¹/₁₅ пролета. В предварительно напряженных балках она может быть уменьшена до ¹/₂₅ пролета. В целях типизации элементов высоту сечения h назначают кратной 50 мм, если она не более 600 мм, и кратной 100 мм при большей высоте. Ширину балок назначают (0,3...0,5)h.

Армирование балок выполняют продольными рабочими стержнями, поперечной арматурой и монтажными стержнями, соединенными между собой в сварные (реже вязаные) каркасы. Продольную рабочую арматуру в балках (как и в плитах) укладывают в растянутых зонах согласно эпюре изгибающих моментов.

Размещают арматуру в один или два ряда по высоте сечения с такими зазорами, которые позволили бы провести плотную укладку бетона и обеспечили надежное сцепление арматуры с бетоном. Требуемые размеры этих зазоров и защитных слоев показаны на рис. 4.1, а. Для продольной ненапрягаемой арматуры обычно применяют стержни диаметром 12...32 мм. Арматура диаметром более 32 мм вызывает трудности при производстве работ и используется реже.

Площадь сечения продольной рабочей арматуры должна быть не менее 0,05% от площади сечения бетона.

При недостаточной прочности бетона сжатой зоны, а также при действии в сечении моментов двух знаков рабочую арматуру устанавливают и в сжатой зоне (рис. 4.3, д). Монтажную арматуру принимают диаметром 10...12 мм.

Прямоугольные и тавровые сечения шириной ребра 150 мм и менее можно армировать одним плоским сварным каркасом. При ширине балок более 150 мм устанавливают два или больше каркасов, которые объединяются в пространственные путем приварки поперечных соединительных стержней диаметром 5...6 мм через 1...1,5 м (см. рис. 1.4, б).

Поперечную арматуру ставят для воспринятия главных растягивающих напряжений, действующих в наклонных сечениях. Такой арматурой являются хомуты, иногда отгибы, устраиваемые обычно под углом 45°. Количество поперечной арматуры, ее диаметр и расстояние между стержнями определяют расчетом и конструктивными требованиями (см. § 4.3).

При высоте балок более 700 мм у боковых граней ставят дополнительные продольные стержни на расстояниях (по высоте) не более 400 мм. Эти стержни служат для воспринятия усилий от усадки бетона, температурных деформаций, а также они сдерживают раскрытие наклонных трещин на боковых гранях.

Предварительно напряженная арматура не входит в состав каркасов и размещается в соответствии с эпюрами моментов и поперечных сил. В однопролетных балках небольшой высоты предварительно напряженную арматуру обычно располагают в растянутой зоне прямолинейно по всей длине элемента (рис. 4.2, а). От внецентренно приложенной силы предварительного обжатия балка выгибается и в верхних волокнах появляются растягивающие напряжения по всей длине балки (рис. 4.2, б). При действии эксплуатационных нагрузок в верхней зоне возникают сжимающие напряжения (рис. 4.2, в). Суммируя эпюры напряжений (рис. 4.2, г), получают, что в верхних волокнах балки вблизи опор остаются растягивающие напряжения, которые могут вызвать обра­зование трещин. Для погашения этих напряжений в балках иногда укладывают верхнюю арматуру A'_sp в количестве 15...25 % от нижней (рис. 4.2, д). В балках большой высоты часть напрягаемой арматуры располагают прямолинейно, а часть отгибают кверху (рис. 4.2, е). Это снижает растягивающие напряжения в верхних волокнах бетона вблизи опор и улучшает работу балки на главные растягивающие напряжения.

Для предварительно напряженных изгибаемых элементов характерны сечения с развитыми растянутой и сжатой зонами (двутавровые, тавровые). Сжатая полка развивается из условия прочности элементов под нагрузкой, обеспечения устойчивости верхнего пояса и опирания настила, растянутая — из условий размещения арматуры и обеспечения прочности сечения при обжатии. В предварительно напряженных элементах (рис. 4.2, ж...и) помимо напрягаемом арматуры укладывают и ненапрягаемую (расчетную и конструктивную), располагая ее ближе к поверхности элемента так, чтобы поперечная арматура охватывала всю продольную арматуру.

Особое значение в предварительно напряженных балках имеет конструирование концов элементов. Здесь происходит передача значительных усилий обжатия с арматуры на бетон, в результате чего возникают местные напряжения (см. гл. 3).Для обеспечения надежной анкеровки напрягаемой арматуры и с целью ограничения развития возможных (радиальных) трещин вдоль этой арматуры производят усиление концов элемента путем установки сварных сеток со стержнями d ≥ 4 мм, охватывающих все продольные стержни, дополнительных хомутов d ≥ 5 мм с шагом 50...100 мм, располагаемых на участке не менее 0,6 1_p, где 1_p — определяется по формуле (3.1) (см. рис. 3.3, д).

Рис. 4.2. Схемы армирования балок предварительно

напряженной арматурой (а...е), размещение напрягаемой

арматуры в растянутой зоне балок (ж...и):

1 — напрягаемая арматура; 2 — хомуты;

3 — ненапрягаемая продольная арматура

В последние годы при проектировании изгибаемых элементов находит все более широкое применение смешанное армирование, представляющее сочетание ненапрягаемой и напрягаемой рабочей арматуры при разной величине предварительного напряжения. При использо­вании этого типа армирования представляется возмож­ным расположить продольную рабочую арматуру в соответствии с эпюрой моментов и, оборвав часть или всю ненапрягаемую арматуру (оставив преднапряженную), получить экономию металла.

В изгибаемых элементах может быть также использована несущая (жесткая) арматура. При расположении этой арматуры ниже нейтральной оси сечения для обеспечения совместной работы с бетоном устраивают поперечные связи в виде хомутов или специальных анкерных стержней. Если нейтральная ось пересекает стенку высокого профиля жесткой арматуры, то совместная работа ее с бетоном обеспечивается без дополнительных поперечных стержней. Для уменьшения раскрытия трещин в обоих случаях устанавливают продольные стержни диаметром 8...10 мм.