Конструирование изгибаемых железобетонных элементов.
Расположение арматуры в железобетонных конструкциях производится с учетом ее вида, формы и величины поперечного сечения элементов, а также минимальных расстояний между стержнями и требуемой толщины защитного слоя бетона. Распределение арматуры в поперечном сечении балок мало зависит от того, применяется она в виде сварных или вязаных каркасов. Число продольных рабочих гибких стержней, заводимых за грань опоры балки, должно быть не менее двух. В балках и ребрах шириной 150 мм и менее допускается установка и доведение до опоры одного стержня, если они рассчитаны на небольшую равномерно распределенную нагрузку. Согласно опытным данным, перед разрушением изгибаемых элементов напряжения в растянутых стержнях приопорной зоны составляют 35...45% максимальных их напряжений в пролете. Поэтому требуется заводить за грань опоры не менее половины поперечного сечения продольной арматуры. Диаметр стержней рабочей арматуры балок не менее 12 мм. Желательно назначить все рабочие стержни одинакового диаметра и не более 32 мм. При назначении рабочей арматуры для элементов из легкого бетона предпочтение рекомендуется отдавать мелким диаметрам стержней, т. е. 18 мм и менее.
Расстояния в свету между отдельными стержнями должны приниматься не менее наибольшего диаметра стержней и не менее 25 мм для нижней и 30 мм для верхней арматуры. При расположении нижней арматуры более чем в два ряда по высоте сечения расстояния между стержнями, расположенными в третьем и следующих рядах, должны быть не менее 50 мм. Этим обеспечивается свободное проникновение между арматурными стержнями крупных заполнителей. При высоте сечения более 700 мм у боковых граней должны ставиться монтажные продольные стержни с площадью сечения не менее 0,1% от площади поперечного сечения.
Армирование балок прокатными профилями допускается лишь при строительстве промышленных зданий и сооружений. Для лучшего сцепления с бетоном жесткая арматура имеет рифленую поверхность.
Расчет элементов, усиленных косвенным армированием.
Если в коротком центрально сжатом элементе установить поперечную арматуру, способную эффективно сдерживать поперечные деформации, то этим можно существенно увеличить его несущую способность. Такое армирование называется косвенным. Исследовались различные виды косвенного армирования. В практике для элементов с круглым или многоугольным поперечным сечением получило распространение косвенное армирование элемента в виде спиралей или сварных колец. Для элементов с прямоугольным сечением применяют объемное косвенное армирование в виде часто размещенных поперечных сварных сеток. Косвенное армирование в виде поперечных сеток часто применяют для местного усиления железобетонных сборных колонн вблизи стыков, а также под анкерами и в зоне анкеровки предварительно напрягаемой арматуры.
Опытами выявлено повышенное сопротивление бетона сжатию в пределах ядра, заключенного внутри спирали или сварной сетки. Спирали и кольца, подобно обойме, сдерживают поперечные деформации бетона, возникающие при продольном сжатии, и тем обусловливают повышенное сопротивление бетона продольному сжатию, в том числе и после появления в нем первых продольных трещин. Бетон в пределах ядра сопротивляется внешним воздействиям даже после отслаивания наружного слоя бетона и до тех пор, пока в поперечной арматуре напряжения не достигнут предела текучести.
Продольные деформации элементов, усиленных косвенной арматурой, весьма велики и тем больше, чем сильнее поперечное армирование.
Прочность сжатых элементов при наличии в них продольной и косвенной арматуры любого вида должна рассчитываться по формулам, в которых при расчете должна учитываться лишь часть бетонного сечения, ограниченная крайними стержнями сеток, кольцами или спиральной косвенной арматурой, а вместо сопротивления бетона должно приниматься приведенное его сопротивление, определяемое по эмпирическим зависимостям.
Гибкость элементов не должна превышать значений при армировании сетками и при армировании спиралями, здесь имеется в виду радиус инерции части сечения элемента, вводимой в расчет.
Критическая сила внецентренно сжатого элемента с косвенным армированием определяется с учетом прогиба элемента вследствие его деформирования. Для этого используется формула, в которой момент инерции вычисляется по части сечения, ограниченной крайними стержнями сеток или спиралью (кольцами).
Косвенное армирование целесообразно по расчету, если несущая способность элемента, определяемая по формулам, выше его несущей способности, определяемой по полному сечению элемента и значению расчетного сопротивления бетона Rb без учета косвенной арматуры.
Элементы с косвенным армированием дополнительно рассчитывают против образования трещин в бетоне зажитного слоя в эксплуатационных условиях конструкции, расчет выполняют по тем же формулам, по которым рассчитывают их прочность, но при эксплуатационных значениях нагрузок с учетом всей площади бекона сечения элемента, при расчетных сопротивлениях бетона и арматуры по второй группе предельных состояний.
При усилении концевых участков сжатых элементов устанавливают не менее четырех сварных сеток. Зона усиления по длине элемента должна быть не менее 10d при продольной арматуре из стержней периодического профиля и 20d при гладких стержнях.