100. Можно ли обеспечить прочность наклонных сечений при изгибе за счет одной поперечной арматуры?

Рис. 50

Ответить на этот вопрос легче всего, совместив на одной координатной оси эпюру моментов M от внешней нагрузки с эпюрой несущей способности поперечной арматуры Msw=qswc2/2. В трех, показанных на рис. 50, примерах – а) балка, нагруженная равномерно распределенной нагрузкой, б) балка, нагруженная сосредоточенными силами и в) консоль, нагруженная равномерно распределенной нагрузкой, – эпюры Msw врезаются в эпюры M. На этих участках (заштрихованные зоны) прочность сечений не обеспечивается. Если увеличить qsw, то парабола Msw станет более крутой, дефицит   прочности   уменьшится, но все равно останется. Таким образом, одна поперечная арматура, как бы много ее ни поставить, прочность наклонных сечений обеспечить не в состоянии – нужна продольная арматура.

101. Что такое короткие консоли?

Это консоли, которые удовлетворяют условию l1 ≤ 0,9h0, гдеl1 – расчетный вылет, h0 – рабочая высота. Обычно они представляют собой боковые выступы у колонн, служащие опорами балок, ригелей и тому подобных конструкций.

102. Как рассчитывают короткие консоли?

Короткие консоли испытывают воздействие больших поперечных сил при относительно небольших изгибающих моментах, поэтому их разрушение всегда происходит не по нормальным, а по наклонным сечениям. Опыты показали, что короткие консоли работают по схеме, близкой к работе кронштейна. Роль подкоса выполняет наклонная сжатая полоса (призма) бетона, а роль растянутой связи – растянутая арматура S (рис.51). Условие прочности призмы выводится из ее геометрии: N ≤ Nbu, где N = Q/sinq – продольное усилие в призме от внешней нагрузки,      Nbu= 0,8Rb blsup sinq jw – несущая способность призмы. Отсюда Q ≤ 0,8Rbblsupsin2q×jw. Здесь Q – нагрузка на консоль, b – ширина сечения призмы (колонны), lsupsinq – высота сечения (lsup – ширина площадки опирания балок или ригелей), 0,8 – коэффициент условий работы, jw ³ 1– коэффициент, учитывающий влияние поперечной арматуры Sw на повышение призменной прочности бетона (подобно сеткам косвенного армирования – см. вопрос 8).

Рис. 51, Рис. 52

Усилие в арматуре S можно определить из суммы проекций сил на горизонтальную ось, а можно – из суммы моментов сил относительно точки опирания подкоса (точка О на рис. 51). Нормы рекомендуют второй способ, тогда As = M/Rsh0, где M = Ql1 (здесь плечо l1 умышленно взято несколько больше проектной величины с учетом возможной неравномерности опорного давления балок, неточного их монтажа и соответствующего смещения равнодействующей силы Q). Арматура S должна быть надежно заанкерена по обе стороны от зоны опасных сечений (длина этой зоны, практически, равна l1)

Если условие прочности бетонной призмы не выполняется, то повышать класс бетона не следует – это отразится на стоимости всей колонны. Увеличение поперечного армирования дает ограниченный эффект. Поэтому лучше всего увеличить высоту консоли, что позволит увеличить угол q, т.е. уменьшить усилие в призме и увеличить площадь ее поперечного сечения. Если высота сечения консоли заведомо ограничена (архитектурными, технологическими или иными требованиями), применяют консоли с жесткой арматурой.

103. Как рассчитывают короткие консоли с жесткой арматурой?

Рассчитывают так же (рис. 52), как и с гибкой арматурой, только в роли подкоса используют наклонные стальные пластины П, соединенные на сварке с арматурными стержнями – растянутыми S и конструктивными (слабо сжатыми) S´. Усилия в пластине и в арматуре находят из решения силового треугольника: Nп = Q/sinq; Ns = Nпcosq. Пластины рассчитывают без учета продольного изгиба, поскольку бетон препятствует потере устойчивости. Расчетными также являются сварные швы, соединяющие пластины с арматурой.

3.3. Изгибаемые элементы

104. Что такое эпюра материалов и для чего ее строят?

У изгибаемого элемента (например, у балки) с постоянными по длине размерами сечения и армированием несущая способность на изгиб, равная Мu = Nbzb + N´szs (ее и называют эпюрой материалов, а иногда - эпюрой арматуры), изображается в виде прямоугольника. Если на той же оси построить эпюру моментов М от внешней нагрузки (например, от q), то видно, что эпюры М и Мu сближаются в середине пролета - здесь находится опасное сечение, которому соответствует минимальное отношение Мu /М. Чем ближе к опорам, тем больше отношение  Мu /M,    тем   больше запас прочности и тем менее эффективно используется продольная арматура (рис. 53,а). Отсюда напрашивается простое решение: доводить до опоры не всю арматуру S, а только ее часть S1, другую часть S2 оборвать в пролете. Тогда несущая способность нормальных сечений с арматурой S1 уменьшится до величины Мu1 (рис. 53,б).

Очевидно, что точки теоретического обрыва (ТТО) арматуры S2 располагаются на пересечении эпюры М с эпюрой Мu1, а расстояние а от опоры до ТТО определяется из равенства Мu1=M, где для данной схемы нагружения М = 0,5qa(l-a). Фактически же арматура S2 должна быть заведена за ТТО на длину не менее w (см. вопрос 105).

 Следует также помнить, что до опоры (точнее, за грань опоры) должно быть доведено не менее 2-х стержней арматуры S1 (при ширине элемента менее 150 мм допускается доводить один стержень).