Проектування ригеля

Конструювання ригеля.

Ригель багатопрольотного перекриття являє собою елемент рамной конструкції. При вільному опирании кінців ригеля на зовнішні стіни і рівних прольотах його розраховують як нерозрізну балку. При цьому можливє урахування утворення пластичних шарнірів, що призводять до перерозподіла і вирівнювання згинальних моментів поміж окремими перерізами. Суть розрахунку статичних невизначних залізобетонних конструкцій з урахуванням перерозподілу зусиль полягає у наступному. При деякому значенні навантаження напруження в розтягненій арматурі з м'якої стали досягають межі плинності. Із розвитком в арматурі пластичних деформацій (плинності) у залізобетонній конструкції виникає ділянка великих місцевих деформацій, що називається пластичним шарніром. У статично визначеній конструкції, наприклад у вільно опертій балці, з появою пластичного шарніру під впливом взаємного повороту частин балки та значного прогину висота стислої зони скорочується, у результаті чого сягається напруження у стислій зоні s_b=R_b, наступає руйнування.

Інакше веде себе статично невизначена конструкція. У балці, защемленій на опорах, із появою пластичного шарніру поверненню частин балки, розвитку прогину системи та збільшенню напруження у стислій зоні перешкоджають зайві зв'язки (защемлення на опорах); виникає стадія II-а, при якій s_s=s _y, але s_b<R_b. Тому при подальшому збільшенні навантаження руйнування у пластичному шарнірі не трапиться до тих пор, доки не з'являться нові пластичні шарніри і не вимкнуться зайві зв'язки. У статично невизначеній системі виникнення пластичного шарніру равносильно знищенню зайвого зв'язку і зниженню на один ступінь статичної невизначеності системи. Для розглянутої балки з двома защемленими кінцями виникнення першого пластичного шарніру перетворює її у систему, один paз статично невизначну; втрата геометричної незмінюваемості може настати лише з утворенням трьох пластичних шарнірів - на обох опорах і у прольоті. У загальному випадку втрата геометричної незмінності системи з n зайвими зв'язками настає з утворенням n+1 пластичних шарнірів. У статично невизначеній конструкції після появи пластичного шарніру при подальшому збільшенні навантаження відбувається перерозподіл згинальних моментів між окремими перерізами. При цьому деформації у пластичному шарнірі збільуються, але значення згинального моменту залишається колишнім:

М=R_sA_sz_b.

Плечо внутрішньої пари сил z_b після утворення пластичного шарніру при подальшому зростанні навантаження збільшується незначно та практично приймається постійним.

Розглянемо на прикладі балки, яка затиснута на двох опорах, послідовність перерозподіла згинальних моментів. Із появою пластичного шарніру на однієї з опор при навантаженні F, балка набуває нової розрахункової схеми – з однією затисненою та іншою шарнірною опорами. При подальшому підвищенні навантаження балка працює по цій новій розрахунковій схемі. З моменту появи пластичного шарніру на другій опорі при збільшенні навантаження, балка перетворюється у вільно оперту. Утворення пластичного шарніру у прольоті при додатковому навантаженні перетворює балку у змінну систему, т. ч. призводить до руйнування. У граничній рівновазі - безпосередньо перед руйнуванням - згинальні моменти балки знаходять cтатичним або кінематичним засобами. Розрахунок та конструювання статичних невизначних залізобетонних конструкцій по перерозподіленим моментам дасть можливість полегшити армування перерізів, що особливо важливо для монтажних стиків на опорах збірних конструкцій, а також дозволяє стандартизувати і здійснити у необхідних випадках однакове армування зварними сітками і каркасами тих зон, де при розрахунку по пружній схемі виникають різні по значенню згинальні моменти. При тимчасових навантаженнях та різних завантаженнях розрахунок по перерозподіленим моментам у порівнянні з розрахунком по пружній схемі може дати 20...30% економії арматурної сталі.

Значення перерозподіленого моменту не завдають, але необхідно виконати розрахунок по граничним станам другої групи. Практичне обмеження розкриття тріщин у перших пластичних шарнірах досягається обмеженням перерозподіленого моменту із тим, щоб він не занадто різко відрізнявся від моменту по пружній схемі і приблизно складав не менше 70% його значення. Щоб забезпечити умови, що відповідають передумові методу граничної рівноваги, тобто можливості утворення пластичних шарнірів і розвитку достатніх місцевих деформацій при досягненні конструкцією граничної рівноваги, необхідно дотримуватися наступних конструктивних вимог: конструкції слідує проектувати так, щоб причиною їх руйнування не міг бути зріз стислої зони або руйнування бетону під дією головних напружень стиску; армування перерізів, в яких намічене утворення пластичних шарнірів, слідує обмежувати так, щоб відносна висота стислої зони x£0.35; необхідно застосовувати арматурні стали з майданчиком плинності або зварні сітки з звичайного арматурного дроту. На дію динамічних навантажень (сейсміка, ударна вибухова, то що) залізобетонні статичні невизначні конструкції також доцільно розраховувати з урахуванням утворення пластичних шарнірів. Якщо конструкція армована стержньовою арматурою без майданчика плинності, то після досягнення якимось моментом умовного граничного значення М_0.2 при умовній межі плинності s_0.2 зріст моменту не припиняється, а уповільнюється. Несуча здібність конструкції у цьому випадку визначається граничним подовженням арматури або граничною міцністю бетону стислої зони. Перерозподіл зусиль у статично невизначної залізобетонної конструкції відбувається і на більш ранній стадії праці під навантаженням - під впливом зміни жорсткості опорних та пролетних перерізів внаслідок утворення та розкриття тріщин у розтягнених зонах елементів. Хоча це не оказує помітної дії на перерозподіл зусиль у стані граничної рівноваги (перед утворенням пластичних шарнірів), але істотно впливає на роботу конструкції в експлуатаційній стадії і тому враховується у розрахунках.

Для нерозрізних балок спрощений спосіб урахування перерозподіла зусиль такого роду полягає в наступному. Опорні моменти обчислюють як у пружній системі та множать на коефіціенти, що оцінюють неоднакову жорсткість опорних та прольотних перерізів. Далі по виправленим опорним моментам звичайним шляхом обчислюють пролетні моменти. Значення коефіціентів до опорних моментів при розподіленій навантаженні або декількох зосереджених вантажах; для середніх опор багатопрольотних балок

для середньої опори двухпрольотної балки

для першої проміжної опори багатопрольотних балок – середнє значення коефіцієнту l з наведених двох формул. В цих формулах b=В_L/В_sup - відношення жорсткості перерізів із тріщинами у прольоті та на опорі. Розрахунок нерозрізного ригеля як пружної системи слугує основою для наступного перерозподіла згинальних моментів. Розрахунковий прольот ригеля приймають рівним відстані поміж осями колон; у першому прольлті при опиранні на стіну розрахунковий прольот вважається від осі опори на стіні до осі колони. Навантаження на ригель від панелей може бути рівномірно розподіленим (при порожнинних або суцільних панелях) або зосередженим (при ребристих панелях). Якщо число зосереджених сил, діючих у прольоті ригелю, більш ніж чотири, те їх призводять до еквівалентного рівномірно розподіленого навантаження. Для попереднього визначення власної ваги ригеля розміри його перерізу приймають

b=(1/10...1/15)L; b = (0,3...0.4)h.

Згинальні моменти і поперечні сили нерозрізної балки при рівних або відрізняючихся не більш ніж на 20% довжини прольотах визначають:

для рівномірно розподіленого навантаження

для зосереджених навантажень

де a, b - табличні коефіціенти при визначенні М від відповідних завантажень постійним g і тимчасовим v навантаженнями; g, d - табличні коефіціенти при визначенні Q від відповідних завантажень постійним і тимчасовим навантаженням. При розташуванні тимчасового навантаження крізь один прольот отримують максимальні моменти у прольотах, що завантажуються; при розташуванні тимчасового навантаження у двох суміжних прольотах і далі через один прольот отримують максимальні по абсолютному значенню моменти на опорі. У нерозрізному ригелі доцільно послабити армування опорних перерізів і спростити монтажні стики. Тому з метою перерозподілу моментів у ригелі до епюри моментів від постійних навантажень і окремих невигідно розташованих тимчасових навантажень додають додаткові треугольні епюри з довільними по знаку і значенню опорними моментами. При цьому ординати перерозподіленої епюри моментів у розрахункових перерізах повинні складати не менше 70% значень, обчислених по пружній схемі. На основі окремих завантажень будують огибаючі епюри М та Q. Можливий також спрощений cпособ розрахунку нерозрізного ригеля по перерозподіленим моментам, який полягає у тому, що у якості розрахункової перерозподіленої епюри моментів приймають епюру моментів пружної нерозрізної балки, отриману для максимальних прольотних моментів при розташуванні тимчасового навантаження через один прольот. Розрахунковим на опорі є переріз ригеля по грані колони. У цьому перерізі згинальний момент

де h - висота переріза колони.

Момент М₁ має більше абсолютне значення з боку прольота, завантаженого тільки постійним навантаженням; тому у формулу слідує подставлять значення поперечної сили Q, відповідне завантаженню цього прольота. По моменту М₁ уточнюють розмір поперечного перерізу ригеля при значенні x=0.35:

Переріз поздовжньої арматури ригеля підбирають по моменту у чотирьох нормальних перерізах: у першому і середньому прольотах, на першій проміжній опорі та на середній опорі. Розрахунок поперечної арматури по Q ведуть для трьох похилих перерізів: у першої проміжної опори ліворуч та праворуч, та у крайньої опори.

Поперечний переріз ригеля може бути прямокутним, тавровим з полицями вгорі, тавровим з полицями внизу. При опиранні панелей перекриття на нижні полиці ригеля таврового перерізу будівельна висота перекриття зменшується. Стики ригелів звичайно розміщують безпосередньо у бічної гран колони. Діючий у стиках ригелей опорний момент викликає розтяг верхньої частини і стиск нижньої. У стикових сполученнях ригель може спиратися на залізобетонну консоль колони або ж на опорний столик з уголків, випущених з колони. У верхній частині стику випуски арматури з колони і ригелю з'єднують вставкой арматури на ванному зварюванні, що підвищує точність монтажного сполучення у випадку порушення осьової відповідності випусків арматури. У нижній частині стику монтажними швами з'єднують закладні деталі колони і ригеля. Після приварки монтажних хомутів полость стику бетонують.

Приховані стики на консолях (з підрізуванням торца ригелю) ускладнюють конструювання, бо вимагають підсилення арматури куту входу додатковими каркасами і закладними деталями, що підвищують видаток стали та трудомісткість виготовлення; крім того, при такому стику знижується несуча спроможність і жорсткість ригеля на опорі. Ці стики вважаються шарнірними, фігурна ж сталева наладка, приварювана на монтажі, забезпечує сприймання невеликого згинального моменту (-50 кHм). У безконсольних стиках, як показали дослідження, поперечна сила сприймається бетоном замоноличування полості і бетонними шпонками, що утворюються у призматичних заглибленнях на бічній поверхні колони і в торцях збірного ригелю. Спеціальними дослідженнями встановлено, що цей стик рівноміцний з консольним стиком, але в той же час по видатку матеріалів та трудомісткості він економичніше. Розміри опорної консоли визначають у залежності від опорного тиску ригелю Q; при цьому вважається, що ригель спирається на розташований у вільного краю консоли майданчик довжиною

де y=0.75 - коефіціент, що враховує нерівномірнийе тиск ригелю на опорну консоль;

- розрахунковий опір бетону місцевому стисканню (a=13,5R_bt/R_b для бетонів класу В25 и вище, =1 для бетонів класу нижче В25, j_b=1 при місцевому краевому навантаженню на консоль); b_bm - ширина ригелю.

Для бетонів нижче класу В25 R_b,loc=R_b.

Наименьший виліт консоли з урахуванням зазора між торцом ригелю і гранню колони - l₁=l+c. Звичайно приймають 1₁=200...300 мм. При цьому відстань від грані колони до сили Q

а = 1₁ - (1/2)

У коротких консолей (l₁£0,9h₀) кут g стислої грані з горизонталлю не повинен перевищувати 45°. Висота консолі у перерізі у грані колони h= (0,7...0,8) h_bm, у вільного краю h₁³h/2.

Міцність короткої консолі перевіряють по похилій стислій смузі між силою та опорою з умови

праву частину умови приймають не більш 3,5R_btbh₀ і не меньш 0,6R_btbh₀, де Q - кут наклона розрахункової стислої смуги до горизонталі.

Коефіціент, що враховує вплив хомутів, розташованих по висоті консоли, визначають по формулі

Площа перерізу поздовжньої арматури консоли підбирають по згинальному моменту у грані колони, збільшеному на 25%

Короткі консоли висотою перерізу h>2.5а армують горизонтальними або похилими хомутами. Крок хомутів повинен бути не більш 150 мм і не більш h/4.

Ригель армують звичайно двома плоскими зварними каркасами. При значних навантаженнях можливий третій каркас у середній частині прольота. Площа розтягнених стрижнів каркасів та їхнє число встановлюють при доборі перерізів по згинальним моментам у розрахункових перерізах на опорі і в прольоті. По мірі відхіду від цих перерізів ординати огибаючої епюри М зменшуються, отже, може бути зменшена і площа перерізу арматури. У цілях економії арматурної сталі частина поздовжніх стрижнів може бети обірвана у відповідності із зміною огибаючої епюри моментів. Переріз ригеля, в якому окремий розтягнений стрижень по розрахунку вже не потрібний, називають місцем його теоретичного обриву. Такі стрижні заводять за місце теоретичного обриву на довжину W.

Для перевірки економічності армування ригеля і міцності всіх його перерізів будують епюру арматури (епюру матеріалів). Ордінати епюри обчислюють як моменти внутрішніх сил у розглядуваних перерізах ригеля

Епюра арматури у місці теоретичного обриву стрижнів має східчастий обрис з вертикальними уступами. Там, де епюра арматури значно відходить від епюри М – перебільшений запас міцності (перебільшення розтягненої арматури); у місцях, де східчаста лінія епюри арматури перетинає епюру М, міцність перерізу недостатня.

ЛЕКЦІЯ №12

ТЕМА: МОНОЛІТНІ, ЗБІРНІ ТА ЗБІРНО-МОНОЛІТНІ ПЕРЕКРИТТЯ.

Зміст: 1. Ребристі монолітні перекриття з балковими плитами

2. Ребристі монолітні перекриття з плитами, що спираються по контуру

3. Конструкції збірно-монолітних перекрить

4. Безбалкові збірні перекриття.

Дата добавления: 2014-01-07