Метод расчета сечений по разрушающим усилиям. Недостатки метода расчета по допускаемым напряжениям побудили советских ученых к выполнению специальных исследований и разработке метода расчета,
который лучше отвечал бы упругjпластическим свойствам железобетона. Были разработаны новые нормы и технические условия проектирования железобетонных конструкций, введенные в действие в 1938 г.
Метод расчета сечений по разрушающим усилиям исходит из стадии III напряженно-деформированного состояния при изгибе. Работа бетона растянутой зоны не учитывается. В расчетные формулы вместо допускаемых напряжений вводятся предел прочности бетона при сжатии и предел текучести арматуры. При этом отпадает необходимость в числе v. Эпюра напряжений в бетоне сжатой зоны вначале принималась криволинейной, а затем была принята прямоугольной. Усилие, допускаемое при эксплуатации конструкции, определяется делением разрушающего усилия на общий коэффициент запаса
прочности k. Так, для изгибаемых элементов
M=My/k, (П. 7)
а для сжатых элементов
N = Nu/k. (II. 8)
При определении разрушающих усилий элементов, работающих по случаю I, разрушение которых начинается по растянутой зоне, вместо гипотезы плоских сечений применяется принцип пластического разрушения, согласно которому и в арматуре, и в бетоне напряжения достигают предельных значений одновременно. На основании принципа пластических разрушений (впервые обоснованного советским ученым А. Ф. Лолейтом) были получены расчетные формулы разрушающих усилий изгибаемых и центрально-загруженных элементов.
Для изгибаемого элемента любой симметричной формы сечения (рис. П.4) высоту сжатой зоны определяют из уравнения равновесия внутренних усилий в стадии разрушения
R n+Rs A'S = Rs Аs, (II.9)
где Rn— временное сопротивление бетона сжатию при изгибе,
которое принималось равном 1,25 Rb, Rs — предел текучести арматуры;
Аb — площадь бетона сжатой зоны сечения.
Разрушающий момент определяют как момент внутренних усилий относительно оси, проходящей через центр тяжести растянутой арматуры:
Mu = RnSb+Rs A'S (h0-a '), (II.10)
где Sb=AbZb — статический момент площади бетона сжатой зоны
относительно оси, проходящей через центр тяжести растянутой
арматуры; zb — расстояние от центра тяжести растянутой арматуры до
центра тяжести площади бетона сжатой зоны.
Граница между случаем 1 и случаем 2 устанавливается на основе опытных данных: при Sб/ S0 ≤0,8—случай 1, где So — статический момент всей рабочей площади бетона относительно оси, проходящей через центр тя-
Рис. II.4. К расчету балки любого симметричного сечения по
разрушающим усилиям.
жести растянутой арматуры. Для прямоугольных и тавровых сечений с полкой в сжатой зоне граничное значение высоты сжатой зоны x=0,55 h0.
Таким образом, по этому методу расчета в расчетных формулах участвует запас прочности k — единый для элемента в целом. Коэффициент запаса прочности k был установлен нормами в зависимости от причины разрушения конструкции, сочетания силовых воздействий и отношения усилий Tv от временных нагрузок к усилиям Tg от постоянных нагрузок. В случае преобладания временной нагрузки перегрузка конструкции более вероятна и коэффициент запаса должен быть больше. Так, для плит и балок при основном сочетании нагрузок и отношении Tv/Tgs^2 £ = 1,8, при Tv/Tg>2 k=2 и т.д. Для сборных конструкций заводского изготовления при основных и дополнительных сочетаниях нагрузок коэффициент запаса уменьшался на 0,2, но принимался не ниже 1,5.
В расчетах сечений по разрушающим усилиям внутренние усилия М, Q, N от нагрузки определяют также в стадии разрушения конструкции, т. e. с учетом образования пластических шарниров. Для многих видов конструкций — плит, неразрезных балок, рам — такого рода расчеты приводят к существенному экономическому эффекту.
Метод расчета по разрушающим усилиям, учитывающий упругопластические свойства железобетона, более
правильно отражает действительную работу сечений конструкции под нагрузкой и является серьезным развитием в теории сопротивления железобетона. Большим преимуществом этого метода по сравнению с методом расчета по допускаемым напряжениям является возможность определения близкого к действительности общего коэффициента запаса прочности. При расчете по разрушающим усилиям в ряде случаев получается меньший расход арматурной стали по сравнению с расходом стали по методу допускаемых напряжений. Например, в изгибаемых элементах сжатая арматура по расчету обычно не требуется.
Недостаток метода расчета сечений по разрушающим усилиям заключается в том, что возможные отклонения фактических нагрузок и прочностных характеристик материалов от их расчетных значений не могут быть явно учтены при одном общем синтезирующем коэффициенте запаса прочности.