6. Соединения железобетонных элементов

172. Как соединяют сборные элементы?

Имеется несколько способов, из них три самые распространенные: с помощью сварки стальных закладных деталей, с помощью выпусков арматуры и с помощью шпонок из монолитного бетона или раствора. Перечисленные способы применяют как по отдельности, так и в совокупности друг с другом.

173. Что такое закладные детали?

Рис.87

Это пластины или прокатные профили, выступающие на поверхность бетона (поз.1 на рис.87), и приваренные к ним анкера из стержней периодического профиля (поз.2), уходящие вглубь бетона. Иногда в качестве анкеров применяют гладкие стержни с крюками по концам. Соединение конструкций обеспечивается сварными швами (поз.3). Детали называют закладными, потому что их закладывают в форму до бетонирования изделий, наряду с арматурой. В зависимости от типов соединяемых  элементов  и  действующих нагрузок, закладные детали могут испытывать воздействие    самых    разнообразных усилий: моментов, нормальных и сдвигающих сил. Эти же усилия действуют и на сварные швы.

174. Для чего закладным деталям нужны анкера?

Без анкеров сцепление пластины с бетоном весьма слабое, она может легко отвалиться, не выдержав действующих на нее усилий. Например, закладные детали, соединяющие шарнирно опертый ригель (поз.1 на рис.88,а) с колонной (поз.2) в одноэтажном производственном здании, подвергаются воздействию нескольких усилий.

Поперечную горизонтальную нагрузку (ветровую или от торможения тележки крана) ригель передает на смежную стойку рамы (рис. 88,б), в нем возникает продольная сила N (сжимающая или растягивающая – в зависимости от направления нагрузки). Одной из ее реакций является сдвигающая сила Q1, воспринимаемая закладными деталями (в равной мере – колонны и ригеля). В опорных сечениях ригеля возникают небольшие моменты М0 (подробнее см. вопрос 176), которые передаются на закладные детали (М1 на рис.88,в). Продольные силы Т, возникающие от торможения кранов, приводят к образованию опрокидывающего момента в ригеле, в результате чего на закладные детали действует сдвигающая сила Q2 и момент М2 (рис.88,г). Понятно, что если анкера плохо приварены к пластине или они имеют недостаточное поперечное сечение, или недостаточно глубоко заделаны в бетоне, то закладная деталь преждевременно разрушится, вслед за чем произойдет разрушение всего соединения.

Рис. 88

В зависимости от назначения и характера действующих усилий, закладные детали могут иметь не только нормальные (перпендикулярные поверхности), но и наклонные анкера. В ряде случаев применяют также штампованные закладные детали (они более технологичны, чем сварные), у которых сцепление с бетоном обеспечивается местными выпуклостями.

Проектирование закладных деталей заключается в правильном подборе размеров пластины, площади сечения анкеров и глубины их заделки в бетоне, а это диктуется величинами и характером действующих усилий. Расчетные формулы приведены в нормативно-справочной литературе.

175. Что такое идеальный шарнир?

Это шарнир, который не препятствует взаимному повороту соединяемых элементов, т.е. исключает появление изгибающих моментов в сечениях, примыкающих к шарниру (рис.89,а). Практически такой шарнир выполнить невозможно, поскольку даже при наличии смазки в нём останутся незначительные силы трения, которые будут препятствовать повороту, а значит, создадут защемление и момент, пусть и ничтожно малый. Близкие к идеальным шарниры применяют для опор пролётных строений мостов (рис.89,б) и некоторых большепролётных конструкций покрытий. Однако для массового строительства такие шарниры слишком дороги, поэтому там используют более простые решения (см. вопрос 176).

Рис.89 (* сварные швы)

176. Чем отличается реальный шарнир от идеального?

В массовом строительстве шарнирное соединение железобетонных элементов (плит с балками, балок с колоннами и т. п.) осуществляется, преимущественно, с помощью непосредственной сварки закладных деталей (рис. 87 и 89,в). Такие соединения, однако, препятствуют свободному повороту, создают некоторое защемление соединяемых элементов, поэтому возникает опорный изгибающий момент Мо. Эпюра опорного давления р при этом может стать двузначной и часть анкеров закладных деталей подвергаться выдёргиванию. Небольшое защемление возникает также и при опирании конструкций (например, плит перекрытий) на каменные стены (рис. 89,г). Однако подобные отклонения от идеального шарнира особых беспокойств не вызывают: опорные моменты по сравнению с пролетными очень малы, несущая способность опорных сечений обычно вполне достаточна для их восприятия, а некоторым уменьшением пролетных моментов можно пренебречь (в запас).