Отрыв возникает, когда нагрузка приложена к нижней грани элемента или в пределах высоты его сечения. Например, отрыв части бетона балки может вызвать нагрузка от оборудования, подвешенного к ней через отверстия в стенке; отрыв бетона в главной балке монолитного ребристого перекрытия могут вызвать опорные реакции второстепенных балок. Механизм отрыва очень похож на механизм продавливания – разрушение бетона тоже происходит от среза и тоже под углом 450.
Однако в расчете на отрыв сопротивление бетона срезу по поверхности отрыва учитывают косвенно, корректируя величину отрывающей силы F. Ее сравнивают с несущей способностью дополнительной поперечной арматуры, устанавливаемой в обязательном порядке по длине зоны отрыва a (рис. 74). Тогда условие прочности имеет вид: F(1– hs/h0) ≤ SRswAsw, где SRswAsw – сумма поперечных усилий, воспринимаемых хомутами (поперечными стержнями) по длине зоны a. Разумеется, хомуты должны быть надежно заанкерены по обе стороны от поверхности отрыва.
5. Трещиностойкость и перемещения
147. С какой целью выполняют расчет трещиностойкости?
Цель здесь одна из двух. Первая - обеспечить непроницаемость тех конструкций, которые с трещинами попросту невозможно эксплуатировать (например, емкости для хранения жидкостей или газов). Вторая - не допустить или ограничить возможность проникновения к поверхности арматуры всего того, что может вызвать коррозию стали (паро-воздушная смесь, химически агрессивные жидкости или газы). Поэтому у одних конструкций образование трещин не допускается, у других допускается непродолжительное раскрытие трещин с последующим их закрытием, у третьих допускается как непродолжительное, так и продолжительное раскрытие трещин с ограничением по ширине.
В соответствии с этим различают три категории трещиностойкости, а вопрос о принадлежности к той или иной категории решают с учетом назначения конструкции, коррозийной стойкости арматуры и степени химической агрессивности окружающей среды (Нормы предусматривают четыре степени: неагрессивная, слабо-, средне- и сильноагрессивная).
148. Что такое продолжительное и непродолжительное раскрытие трещин?
После того, как трещина образовалась, ширина ее раскрытия не остается неизменной: при увеличении нагрузки трещина расширяется, при уменьшении сужается. В реальных условиях нагрузка тоже меняется: продолжительное время действуют постоянная и длительная нагрузки, которые вызывают раскрытие трещин на ширину аcrc2; непродолжительное время действуют кратковременная нагрузка, которая совместно с постоянной и длительной увеличивает раскрытие трещин до ширины аcrc1, а как только кратковременная нагрузка снимается, ширина вновь уменьшается до величены аcrc2. Очевидно, что аcrc1> аcrc2. Следовательно, аcrc1 - это ширина непродолжительного раскрытия трещин от суммарного действия постоянных, длительных и кратковременных нагрузок, аcrc2 - ширина продолжительного раскрытия от действия только постоянных и длительных нагрузок. Значения аcrc1 и аcrc2 ограничиваются Нормами проектирования в зависимости от категории трещиностойкости, класса (иногда и диаметра) арматуры и степени агрессивности среды.
149. Что такое закрытие трещин?
Выше (вопрос 148) отмечено, что постоянные и длительные нагрузки действуют продолжительно, а полные нагрузки (включая кратковременные) – непродолжительно. Можно запроектировать конструкцию так, чтобы от действия полной нагрузки непродолжительное раскрытие трещин аcrc1 было ограничено, а после снятия кратковременной нагрузки (остаются только постоянная и длительная) трещины закрылись полностью, т.е. аcrc2 = 0, - и не только закрылись, но и зажались бы под действием сжимающих напряжений величиной не менее 0,5 МПа, как предписывают Нормы. Создать сжимающие напряжения на растянутой грани можно только при наличии предварительного напряжения.
150. Чем отличаются категории трещиностойкости?
1-я категория: не допускается образование трещин при действии полных расчетных нагрузок, т.е. с коэффициентом надежностиgf > 1. Здесь выполняют расчет по образованию трещин, а сечения рассматривают на 1-й стадии работы (см. вопрос 64).
2-я категория: допускается ограниченное по ширине непродолжительное раскрытие трещин аcrc1 при действии полных нормативных нагрузок, т.е. с коэффициентом надежности gf = 1, при условии последующего надежного закрытия трещин, когда остаются только постоянная и длительная нагрузки. Здесь выполняют расчет по раскрытию и закрытию трещин, а сечения рассматривают на 2-й стадии работы.
3-я категория: допускается ограниченное по ширине непродолжительное раскрытие трещин аcrc1 при действии полных нормативных нагрузок с gf = 1 и продолжительное раскрытие аcrc2 при действии постоянной и длительной нормативных нагрузок (тоже с gf = 1). Расчет выполняют по раскрытию трещин, сечения рассматривают на 2-й стадии работы.
151. Конструкции какой категории самые долговечные?
Конечно, первой: у них коррозия арматуры практически полностью исключается. Но для этих конструкций, при прочих равных условиях, требуется больше арматуры, особенно напрягаемой, и, как правило, более высокие классы бетона. Поэтому чаще всего применяют самые дешевые конструкции 3-й категории, если не позволяют условия - то 2-й, и, в исключительных случаях, - 1-й.
152. В чем суть расчета по образованию нормальных трещин при изгибе?
Суть - в выполнении условия М ≤ Мcrc, где М - изгибающий момент в нормальном сечении от внешней расчетной нагрузки, а Мcrc - момент внутренних сил, который сопротивляется образованию трещин.
Чтобы вызвать образование трещин в сечении преднапряженного изгибаемого элемента, нужно загрузить его внешним моментом, численно равным Мcrc и состоящим из двух слагаемых: Мр - момента, который погашает предварительное обжатие крайнего волокна бетона (на рис. 75 - нижнего), т.е. уменьшает в нем сжимающие напряжения от sbp до 0, и Мbt - момента, который повышает в этом же волокне растягивающие напряжения от 0 до сопротивления бетона растяжению Rbt,ser. Очевидно, что при отсутствии преднапряжения первое слагаемое отсутствует.
Рис. 75
Поскольку Мр = Wredsbp, а sbp = P / Ared + Peop / Wred (см. вопрос 49), то подставив второе выражение в первое, получим (рис. 76,а):
Mp = Wred (P/Ared + Peop /Wred) = P(r + eop),
где r = Wred /Ared - расстояние от центра тяжести приведенного сечения до верхней ядровой точки (радиус ядра сечения). Для учета неупругих свойств бетона вводят поправочный коэффициент j, составляющий в зависимости от напряжений в сжатом бетоне от0,7 до 1. Тогда r = =jWred /Ared. Другими словами, Мр - это момент силы обжатия Р относительно ядровой точки, наиболее удаленной от растянутого волокна, обозначается он Мrp.