В случае 2 высота сжатой зоны х > хR (или x > xR), а напряжения в арматуре ss < Rs (рис. 29,в). Условие прочности имеет тот же вид, что и в случае 1, а х и ss находят из совместного решения уравнений х = f(ss),ss=  f(x), или, выражаясь иначе, расчет выполняют по “общему случаю” Норм проектирования (см. вопрос 80). Допускается в запас прочности принимать х= хR, а ss = Rs и рассчитывать сечение по случаю 1. Очевидно, что переармированные сечения невыгодны, прочность арматуры в них недоиспользуется, поэтому рекомендуется проектировать изгибаемые элементы так, чтобы соблюдалось условие х ≤ хR (или x ≤ xR).

66. Как проверить прочность нормального сечения с высокопрочной арматурой?

Формулы те же, что и в предыдущем ответе, но с одной поправкой. Поскольку высокопрочная арматура не имеет площадки текучести, то в слабо армированном сечении она работает за условным пределом текучести, ss >s02 (см. вопрос 62): чем меньше высота сжатой зоны, тем выше ss. Это учитывается умножением Rs на коэффициент условий работы      gs6 = h - (h - 1)(2x/xR - 1)≤ h, где h = 1,1...1,2 (в зависимости от класса арматуры). Очевидно, что при x = xR коэффициент gs6 = 1, при x ≤ 0,5xR коэффициент gs6 = h.Особенность расчета здесь заключается в следующем: после того, как найдено первоначальное значение х при gs6 = 1, определяют x = х/ho и отношение x/xR, затем вычисляютgs6.. После этого вновь вычисляют х (заменяя Rs на gs6Rs): х = gs6RsAs /(Rbb), а далее выполняют обычные операции.

Следует, однако, иметь в виду, что повышение расчетного сопротивления заметно снижает резерв прочности арматурной стали, и даже ее незначительное повреждение коррозией может привести к преждевременному разрушению конструкции. Поэтому в расчете элементов, предназначенных для эксплуатации в агрессивных средах (см. главу 5), gs6 не используют. Не используют gs6 также при армировании стержнями класса A-IIIв, которые хотя и обладают высокой прочностью, но деформируются как “мягкие“ стали.

67. Для чего ставят арматуру в сжатой зоне, если бетон и так имеет высокую прочность на сжатие?

Во-первых, такая арматура нужна по технологическим соображениям - для формирования арматурных каркасов. Во-вторых, сжатая арматура S´ берет на себя часть усилий в сжатой зоне, разгружая бетон и уменьшая, тем самым, высоту сжатой зоны х. Это особенно важно для переармированных сечений, которые (при уменьшении величины х до хR) можно перевести в нормально армированные и обеспечить полное использование прочности растянутой арматуры S. Анализ показывает, что минимальный расход продольной арматуры (Аs+A’s) обеспечивается при условии х = хR (или x = xR).

Проверка прочности прямоугольного сечения с двойной арматурой (т.е. с арматурой S и S´) выполняется так же, как и с одиночной (см. вопрос 56 и рис.32,б), с добавлением лишь одного нового слагаемого:         N’s = RscA’s.  Несущую способность определяют из выражения

Мu = Nbzb + N’szs = Rbbx(ho- 0,5x) + RscA’s(ho - a´), а высоту сжатой зоны - из условия Nb + N’s - Ns = 0, откуда х = (RsAs - RscA’s)/(Rbb), где Rsc - расчетное сопротивление арматуры сжатию (см. вопрос 27).

Следует, однако, помнить, что сжатая арматура может преждевременно потерять устойчивость (выпучиться из бетона), если не принять специальных конструктивных мер (см. вопрос 135).

68. Как подобрать арматуру в прямоугольном сечении?

Если известны остальные параметры сечения и изгибающий момент М от внешней нагрузки, то вначале определим по формулам Норм или по таблицам справочников величину xR, затем найдем хR = xRho, полагая, что 2-го случая допускать не будем. Далее определим, какую величину изгибающего момента относительно ц.т. растянутой арматуры может воспринять усилие в бетоне с граничной высотой сжатой зоны: Мb = Nbzb = =RbbxR(ho - 0,5xR).

Если Мb < M, то, чтобы исключить 2-й случай, усилим бетон сжатой арматурой S´. Найдем, какая доля изгибающего момента М должна приходиться на эту арматуру: М´s = М - Мb, затем подставим полученное значение в формулу М´s = RscA´s(ho - a´), откуда A´s = = M’s/(Rsc(ho- a´)). Тогда из условия Ns = Nb+ N´s, или RsАs = RbbxR + RscA´s, находим Аs = (RbbxR + +RscA´s)/Rs.

Если Мb = М, то прочность достаточна и сжатая арматура по расчету не нужна. Из условия Nb = Ns находим требуемую площадь растянутой арматуры Аs = RbbxR /Rs.

Если Мb > M, то сжатая арматура тем более не нужна, но определять сразу Аs, как это сделано выше, не следует: в данном случае х < xR и расход Аs окажется завышенным. Поэтому вначале нужно уточнить х, используя условие М = Мu = Nbzb = Rbbx(ho - 0,5x). Откуда

, а далее Аs = Rbbx/Rs.

Подобрать арматуру можно и с помощью таблиц коэффициентов, приводимых в справочниках и пособиях. Однако следует помнить, что табличный расчет справедлив только для сечений с одиночной арматурой, существенной экономии времени он не дает и, кроме того, затуманивает физическую суть работы сечения.

69. Может ли оказаться  х < а´?

По расчету вполне может быть не только х < а´, но и х = 0. В обоих случаях сжатая арматура S´ располагается в растянутой зоне бетона, а во втором случае сжатая зона вообще отсутствует. Конечно, такая ситуация с точки зрения здравого смысла абсурдна, и возникает она обычно при избытке сжатой арматуры. Например, при симметричном армировании (т.е. при RsAs = RscA´s) величина x = (RsAs – RscA´s) /Rbb = 0. В действительности, сжатая арматура конечно же находится в сжатой зоне, просто напряжения ssc в арматуре и sb в бетоне малы. Поэтому Нормы рекомендуют выполнять расчет без учета сжатой арматурыS´ – как для одиночного армирования. Опытные инженеры поступают еще проще, записывая условие прочности в виде: M ≤ RsAszs, т.е. моменты внутренних сил берут относительно ц.т. арматуры S´, не вычисляя высоту сжатой зоны. Точность при этом, практически, не страдает.

Несмотря на очевидную нерациональность, подобное армирование иногда приходится применять – по конструктивным или технологическим соображениям, а также при наличии знакопеременных моментов.