Требования к расчету бетонных и железобетонных конструкций

Расчеты для бетонных и железобетонных конструкций должны обеспечивать надежность зданий или сооружений в течение всего срока службы. Производить расчеты необходимо в строгом соответсвии с регламентирующим документом — ГОСТ 27751 по методу предельных состояний, включающему:

— предельные состояния первой группы, приводящие к полной непригодности эксплуатации конструкций;

— предельные состояния второй группы, затрудняющие нормальную эксплуатацию конструкций или уменьшающие долговечность зданий и сооружений по сравнению с предусматриваемым сроком службы.

 

РАСЧЕТЫ ПО ПРЕДЕЛЬНЫМ СОСТОЯНИЯМ ПЕРВОЙ ГРУППЫ ВКЛЮЧАЮТ:

I. Расчет по прочности;

II.Расчет по устойчивости формы (для тонкостенных конструкций);

III. Расчет по устойчивости положения (опрокидывание, скольжение, всплывание).

 

I.Формула расчета по прочности: усилие F от внешних нагрузок и воздействий в рассматриваемом сечении не должно превышать предельного усилия Fult, которое может быть воспринято элементом в этом сечении F Fult

Расчет производят:

1. По нормальным сечениям (при действии изгибающих моментов и продольных сил) по нелинейной деформационной модели, а для простых по конфигурации элементов — по предельным усилиям;

Расчет железобетонных элементов по нелинейной деформационной модели производят на основе диаграмм состояния бетона и арматуры исходя из гипотезы плоских сечений. Критерием прочности нормальных сечений является достижение предельных относительных деформаций в бетоне или арматуре.

Расчет железобетонных элементов по предельным усилиям следует производить, определяя предельные усилия, которые могут быть восприняты бетоном и арматурой в нормальном сечении, из следующих положений:

— сопротивление бетона растяжению принимают равным нулю;

— сопротивление бетона сжатию представляется напряжениями, равными расчетному сопротивлению бетона сжатию и равномерно распределенными по условной сжатой зоне бетона;

— растягивающие и сжимающие напряжения в арматуре принимаются не более расчетного сопротивления соответственно растяжению и сжатию.

2. По наклонным сечениям (при действии поперечных сил), по пространственным сечениям (при действии крутящих моментов), на местное действие нагрузки (местное сжатие, продавливание) — по предельным усилиям.

При расчете железобетонного элемента по прочности наклонного сечения на действие поперечной силы предельную поперечную силу, которая может быть воспринята элементом в наклонном сечении, следует определять как сумму предельных поперечных сил, воспринимаемых бетоном в наклонном сечении и поперечной арматурой, пересекающей наклонное сечение.

При расчете железобетонного элемента по прочности наклонного сечения на действие изгибающего момента предельный момент, который может быть воспринят элементом в наклонном сечении, следует определять как сумму предельных моментов, воспринимаемых пересекающей наклонное сечение продольной и поперечной арматурой, относительно оси, проходящей через точку приложения равнодействующей усилий в сжатой зоне.

При расчете железобетонного элемента по полосе между наклонными сечениями на действие поперечной силы предельную поперечную силу, которая может быть воспринята элементом, следует определять исходя из прочности наклонной бетонной полосы, находящейся под воздействием сжимающих усилий вдоль полосы и растягивающих усилий от поперечной арматуры, пересекающей наклонную полосу.

Расчет по прочности коротких железобетонных элементов (коротких консолей и других элементов) производят на основе каркасно-стержневой модели.

 

II и III. Расчеты по устойчивости формы конструкции, а также по устойчивости положения (с учетом совместной работы конструкции и основания, их деформационных свойств, сопротивления сдвигу по контакту с основанием и других особенностей) следует производить согласно указаниям нормативных документов на отдельные виды конструкций.

 

РАСЧЕТЫ ПО ПРЕДЕЛЬНЫМ СОСТОЯНИЯМ ВТОРОЙ ГРУППЫ ВКЛЮЧАЮТ:

I. Расчет по образованию трещин;

II. Расчет по раскрытию трещин;

III. Расчет по деформациям.

 

I. Расчет по образованию трещин железобетонных элементов по предельным усилиям производят по формуле, где усилие F от внешних нагрузок и воздействий в рассматриваемом сечении не должно превышать предельного усилия Fcrс, которое может быть воспринято железобетонным элементом при образовании трещин: F ≤ Fcrc,ult

 

II. Расчет по раскрытию трещин производят по формуле, где ширина раскрытия трещин от внешней нагрузки acrc не должна превосходить предельно допустимого значения ширины раскрытия трещин acrc,ult: acrcacrc,ult.

При этом предельно допустимое значение ширины раскрытия трещин acrc,ult следует принимать не более:

а) из условия сохранности арматуры:

0,3 мм — при продолжительном раскрытии трещин;

0,4 мм — при непродолжительном раскрытии трещин;

б) из условия ограничения проницаемости конструкций:

0,2 мм — при продолжительном раскрытии трещин;

0,3 мм — при непродолжительном раскрытии трещин.

 

III. Расчет по деформациям производят по формуле, где прогибы или перемещения конструкций f от действия внешней нагрузки не должны превышать предельно допустимых значений прогибов или перемещений fult: f ≤ fult.     

Прогибы или перемещения железобетонных конструкций определяют по общим правилам строительной механики в зависимости от изгибных, сдвиговых и осевых деформационных (жесткостных) характеристик железобетонного элемента в сечениях по его длине (кривизны, углов сдвига и т.д.)

Если прогибы железобетонных элементов в основном зависят от изгибных деформаций, значения прогибов определяют по жесткостям или по кривизнам элементов.

Жесткость рассматриваемого сечения железобетонного элемента определяют по общим правилам сопротивления материалов: для сечения без трещин — как для условно упругого сплошного элемента, а для сечения с трещинами — как для условно упругого элемента с трещинами (принимая линейную зависимость между напряжениями и деформациями).

Влияние неупругих деформаций бетона учитывают с помощью приведенного модуля деформаций бетона, а влияние работы растянутого бетона между трещинами — с помощью приведенного модуля деформаций арматуры.

Кривизну железобетонного элемента определяют как частное от деления изгибающего момента на жесткость железобетонного сечения при изгибе.

Расчет деформаций железобетонных конструкций с учетом трещин производят тогда, когда расчетная проверка на образование трещин показывает, что трещины образуются. В противном случае производят расчет деформаций как для железобетонного элемента без трещин.

Кривизну и продольные деформации железобетонного элемента также определяют по нелинейной деформационной модели исходя из уравнений равновесия внешних и внутренних усилий, действующих в нормальном сечении элемента, гипотезы плоских сечений, диаграмм состояния бетона и арматуры и средних деформаций арматуры между трещинами.

Расчет деформаций железобетонных элементов следует производить с учетом длительности действия нагрузок, устанавливаемых соответствующими нормативными документами.

Кривизну элементов при действии постоянных и длительных нагрузок следует определять по формуле:  

    

  Кривизну при действии постоянных, длительных и кратковременных нагрузок рассчитывают по формуле:

 

где 1/r1 —  кривизна элемента от продолжительного действия постоянных и временных длительных нагрузок,

1/r2 — кривизна элемента от непродолжительного действия постоянных и временных (длительных и кратковременных) нагрузок,

1/r3 — кривизна элемента от непродолжительного действия постоянных и временных длительных нагрузок.

 

Предельно допустимые прогибы fult определяют по соответствующим нормативным документам (СНиП 2.01.07). При действии постоянных и временных длительных и кратковременных нагрузок прогиб железобетонных элементов во всех случаях не должен превышать 1/150 пролета и 1/75 вылета консоли.