В ряде случаев полку в растянутой зоне применяют и по эстетическим соображениям, например, в плитах междуэтажных перекрытий жилых и общественных зданий, где необходим гладкий потолок.

76. Проектируют ли тавровые сечения с полкой в растянутой зоне?

Проектируют, хотя более нерациональное сечение трудно придумать. Делают это по эстетическим или объемно-планировочным соображениям. Например, если применять подобное сечение в ригелях перекрытий, то плиты можно опирать не на верхние грани ригелей, а на полки. Это, во-первых, улучшает интерьер помещений (ригели лишь ненамного выступают под потолком) и, во-вторых, уменьшает строительный объем здания, в результате чего экономия материалов на колоннах, стенах и перегородках с лихвой перекрывает некоторый перерасход бетона в ригелях (не говоря уже об экономии затрат на эксплуатацию здания). Тавровыми с полками в растянутой зоне являются также опорные сечения многопролетных балок монолитных перекрытий – в этих сечениях моменты имеют отрицательные знаки. По прочности такие сечения рассчитывают как прямоугольные с шириной, равной ширине стенки (ребра)

77. Как упрощенно проверить прочность нормального сечения?

Если задаться плечом внутренней пары сил (например, zb = 0,8ho для прямоугольного и zb = ho – 0,5 h´f для таврового сечений), тогда прочность можно проверить по простой формуле Мu = RsAszb, а преобразовав формулу, можно подобрать и арматуру Аs = M/(Rszb). Но упрощение это очень грубое, оно может дать ошибку до 15...20 % и пользоваться им можно только для первой прикидки.

78. Как влияет прочность бетона на прочность нормального сечения?

Влияет не столь существенно, как кажется на первый взгляд. Например, если взять прямоугольное нормально армированное сечение (т.е. с относительной высотой сжатой зоны  x = xR) из бетона класса В15, то повышение прочности бетона вдвое (до В30) увеличивает прочность сечения Mu всего на 22,5 % (кривая 1 на рис.37).Еще более низкий эффект – при слабом армировании: в аналогичной балке при x = 0,5xR повышение класса бетона с В15 до В30 увеличивает Mu всего на 9,2 % (кривая 2). Низкая эффективность объясняется тем, что при сохранении армирования неизменным с увеличением прочности Rb пропорционально уменьшается высота сжатой зоны х. Это приводит к увеличению плеча внутренней пары   (zb = h0 – 0,5х), которое, однако, растет намного медленнее, чем уменьшается х. Столь же неэффективно увеличение Rb в тавровых сечениях с полкой в сжатой зоне, большинство которых относится к слабо армированным с x < 0,5xR. Поэтому более целесообразно повышать прочность сечения за счет увеличения армирования, и только в крайнем случае следует повысить Rb.

79. Почему в преднапряженных изгибаемых элементах обычно применяют бетон более высоких классов, чем в в элементах без преднапряжения?

Это вызвано, главным образом, необходимостью либо обеспечить требуемую прочность сечений при обжатии, либо уменьшить потери напряжений в напрягаемой арматуре. В связи с этим приходится повышать передаточную прочность бетона Rbp, а вместе с ней – и класс бетона (см. также вопрос 41).

80. Как рассчитывают сечения с многорядным расположением арматуры?

Чем ближе арматура находится к нейтральной оси, тем меньше в ней деформации es и напряженияss. Согласно гипотезе плоских сечений, es растут пропорционально удалению от нейтральной оси (рис. 38,а). Если бы так же пропорционально росли напряжения ss, то задача была бы достаточно простой. Однако такое возможно только в переармированных сечениях, да и то при условии, что напряжения в крайнем ряду растянутой арматуры не превышают предела пропорциональности (примерно 80 % предела текучести), когда работа стали соответствует закону Гука. Уже для нормально армированных сечений такой подход дает заметную неточность результата, и совершенно недопустимую – для слабо армированных сечений. В таких сечениях арматура крайнего ряда ведет себя совсем иначе (см. вопрос 62). “Мягкая” сталь течет, напряжения в ней не растут после достижения Rs, но зато растут напряжения в следующих рядах, причем в соседних они тоже могут достичь предела текучести. “Твердая” сталь работает за условным пределом текучести, напряжения в ней ss = gs6Rs; в зависимости от высоты сжатой зоны напряжения в соседнем ряду тоже могут достичь или даже превысить Rs.

Рис. 38

Из приведенного видно, что задача достаточна сложна: кроме высоты сжатой зоны, неизвестными являются напряжения во всех рядах арматуры, исключая крайний сжатый (там ssc=Rsc). Решение задачи дается в Нормах проектирования в “общем случае” расчета, подразумевающем решение системы уравнений; имеются и другие методы с использованием ЭВМ.

Расчет сечений, армированных “мягкой” сталью, можно существенно упростить, допуская небольшую погрешность: вся арматура, расположенная в нижней половине растянутой зоны(ho - x),вводится в расчет с напряжением ss = Rs, а расположенная в верхней половине - с напряжением ss  = 0,8Rs (рис.38,в).

81. Для чего выполняют расчет прочности нормальных сечений в стадии обжатия, транспортировки и возведения конструкций?

В этой стадии конструкции работают, как правило, по иной расчетной схеме, чем при эксплуатации, а сечения на отдельных участках испытывают изгибающие моменты противоположного знака. К тому же, бетон еще не успел набрать проектную прочность, а у преднапряженных элементов проявились только первые потери напряжений в арматуре, т.е. сила обжатия (Р1)больше, чем при эксплуатации (Р2). Например, при подъеме преднапряженной балки к отрицательному изгибающему моменту Мр от силы обжатия Р добавляется отрицательный момент Мw от собственного веса qw (рис.39). Верхняя арматура вместо сжатия испытывает растяжение, площадь ее сечения может оказаться недостаточной и произойдет разрушение по нормальному сечению.

82. Каковы особенности расчета прочности нормальных сечений в стадии обжатия, транспортировки и возведения конструкций?

Особенности заключаются в следующем (рис. 39,б). Сила обжатия Р1 рассматривается как внешняя нагрузка: Р1 = (ssp1 - 330)Аsp, где ssp1 - величина преднапряжения арматуры с учетом только первых потерь и с учетом коэффициента точности натяжения gsp > 1; 330(МПа) - величина падения напряжений в арматуре Sp в момент разрушения сжатой зоны, соответствующая предельной сжимаемости бетона ebu при кратковременном сжатии (потому она и меньше обычно принимаемых величин 400 и 500 МПа, см. вопрос 27). С учетом кратковременного характера нагрузки и передаточная прочность бетона Rbp умножается на коэффициент gb2 = 1,1. Вместе с тем нагрузка от собственного веса не только принимается расчетной, но и умножается на коэффициент динамичности Кд = 1,4 (при перевозке изделий Кд = 1,6), который учитывает дополнительную перегрузку от толчков, рывков, подбрасываний и т.п. воздействий.