Содержание
Исходные данные. 3
Задание 1. 4
Задание 2. 6
Задание 3. 11
Список литературы.. 25
Исходные данные
| Шифр 03 | |
| № задания | Исходные данные |
| Задание 1 | Класс бетона – B30, Поперечная сила Q, - 30 кН, Класс рабочей арматуры – А500, Изгибающий момент М, - 40 кНм. |
| Задание 2 | Класс бетона – B30, Продольная сила N - 1750 кН, Класс рабочей арматуры – А500, Расчетная длина l0, - 3,9м |
| Задание 3 | 1) Арматура, ее виды. Арматурные изделия, закладные детали. Марки и классы арматуры. 2) Прочность каменных кладок при растяжении, изгибе, срезе. Модуль деформации кладки. |
Задание 1
Подобрать размеры и армирование балки прямоугольного сечения (bxh) с одиночной арматурой (рабочая арматура в растянутой зоне).
Класс бетона – B30,
Поперечная сила Q, - 30 кН,
Класс рабочей арматуры – А500,
Изгибающий момент М, - 40 кНм.
Расчет продольной рабочей арматуры второстепенной балки.
Балка, как и плита, работает на изгиб и рассчитывается на прочность по нормальным сечениям как изгибаемый элемент с одиночным армированием. Расчет ведется на действие максимальных изгибающих моментов. Максимальный изгибающий момент Ммах возникает в середине пролета балки. Поперечные силы Q в сечениях с максимальными моментами имеют незначительную величину либо равны нулю, поэтому в расчетах не учитываются. В этих зонах трещины в балках перпендикулярны (нормальны) к оси балки.
Ближе к опорам действуют одновременно изгибающий момент М и поперечная сила Q. Здесь образуются наклонные трещины, и расчет на прочность производится по наклонным сечениям на действие поперечной силы и момента.
Конструктивный расчет железобетонных балок сводится, как правило, к определению площади поперечного сечения продольной рабочей арматуры при принятых в соответствии с рекомендациями материалах и некоторых размерах поперечного сечения балки, например ширины bвб. Высоту балки bвб уточняют, зная расчетный изгибающий момент на опоре Msup.
Расчет начинают с первой промежуточной опоры, где момент максимален.
Поскольку расчет ведется по выровненным моментам в пролетах и над опорами, то относительную высоту сжатой зоны бетона назначают равной:
.
Тогда рабочую высоту балки можно определить по формуле:
где 
– расчетный изгибающий момент на опоре, 
– расчетное сопротивление бетона осевому сжатию, 
– предварительно принятая ширина сечения второстепенной балки.
Полная высота сечения балки должна быть не менее:
где 
= 60 мм при двухрядном расположении рабочей арматуры.
Окончательные размеры поперечного сечения второстепенной балки назначают с учетом рекомендации 
.
Принимаем окончательные размеры:
Ширина сечения балки связана с характером армирования. В каждом поперечном сечении балки шириной более 150 мм должно быть не менее двух продольных рабочих стержней.
Порядок расчета можно принять следующий.
1. Определяем рабочую высоту сечения:
где 
= 60 мм при расположении растянутой арматуры в два ряда.
2. Определяем коэффициент А0 (
:
где 
– максимальный расчетный изгибающий момент в пролете.
Затем по приложению находим коэффициенты 
3. Площадь растянутой арматуры определяют по формуле:
где 
– расчетное сопротивление арматуры растяжению. Класс арматуры назначается согласно заданию.
4. Принимаем армирование второстепенной балки в пролетах, двумя каркасами К-1 с расположением рабочей арматуры в два ряда. Подбираем по полученной площади 
диаметр стержней с таким расчетом, чтобы фактическая площадь сечения всех стержней была равной или больше требуемой по расчету. Для 
принимаем 4 
11 А500 (А-IV) с 
Расчет поперечной арматуры второстепенной балки.
Поперечную арматуру в балках назначают из расчета на прочность по наклонным сечениям при действии поперечных сил, как для изгибаемых железобетонных элементов.
Поперечное армирование второстепенных балок по расчету не требуется, если поперечная сила воспринимается только бетоном сжатой зоны:
где 
– максимальная поперечная сила, 
– расчетное сопротивление бетона осевому сжатию.
Так как 
, то поперечное армирование по расчету требуется.
Рассмотрим порядок расчета по определению шага поперечных стержней s при принятом их диаметре dw.
1) Диаметр поперечных стержней назначают из условий сварки по приложению. Так как диаметр рабочей арматуры d = 11 мм, то dw = 4 мм.
2) Определяют требуемое погонное усилие, которое должно приниматься поперечной арматурой, отнесенное к единице длины балки:
где 
– максимальное значение поперечной силы в рассматриваемой зоне, кН; 
– коэффициент, принимаемый для тяжелого бетона равным 2.
3) С другой стороны, это погонное усилие можно выразить с учетом принятого характера поперечного армирования:
Из формулы определяют требуемый по расчету шаг поперечных стержней s:
,
где 
– расчетное сопротивление растяжению поперечной арматуры при расчете по наклонному сечению на действие поперечной силы (для поперечных стержней рекомендуется применять арматуру класса А240 (А-I)); 
– площадь сечения одного поперечного стержня; n – минимальное количество поперечных стержней в сечении элемента.
4) Назначают шаг поперечных стержней не менее требуемого по расчету с учетом конструктивных требований СП 63.13330.
Так в приопорных зонах балок при равномерно распределенной нагрузке шаг поперечных стержней следует принимать не более половины рабочей высоты сечения элемента и не более 300 мм:
s≤0,5h0≤0,5·0,29=0,145м=145мм
s≤300мм.
Принимаем s=100мм.
В средней зоне балки поперечные стержни устанавливают конструктивно с шагом:
s≤0,75h0≤0,75·0,29=0,218м=218мм
s≤500мм.
Принимаем s=200мм.
Окончательно назначают шаг поперечных стержней не более требуемого по расчету и по конструктивным требованиям, кратным 50 мм.
Задание 2
Подобрать размеры и армирование железобетонной центрально нагруженной колонны.
Класс бетона – B30,
Продольная сила N - 1750 кН,
Класс рабочей арматуры – А500,
Расчетная длина l0, - 3,9м.
Железобетонные центрально нагруженные колонны обычно имеют квадратную форму поперечного сечения. В целях стандартизации опалубки и арматурных каркасов размеры прямоугольных квадратных колонн назначают кратными 50 мм. Монолитные колонны для обеспечения хорошего качества бетонирования делают с размерами поперечного сечения не менее 250x250 мм.
Условную гибкость колонн зданий ограничивают значением:
где i – минимальный радиус инерции сечения элемента.
Несущая способность колонны складывается из несущей способности бетона и продольной рабочей арматуры. В расчете учитывают влияние на несущую способность продольного изгиба и длительности действия нагрузки.
Конструктивный расчет сводится к определению размеров поперечного сечения колонны и площади поперечного сечения продольной рабочей арматуры.
При известных нагрузках, расчетной длине и материалах колонны первоначально назначают значение коэффициента 
коэффициент армирования принимают равным 1%, т.е. 
тогда площадь сечения продольной арматуры составит:
Вычисляют требуемую площадь сечения колонны (площадь бетона) А:
Затем вычисляют размер стороны колонны hk. Для квадратного сечения:
Окончательно назначают размер 
с учетом кратности 50 мм, округляя расчетное значение в меньшую сторону (т.к. оптимальный коэффициент армирования 
).
Принимаем 
Тогда 
2.
Для принятого размера проверяют гибкость колонны по условию:
здесь 
– расчетная длина колонны, 
– радиус инерции сечения колонны:
Затем вычисляем отношение 
По таблице приложения определяем по интерполяции коэффициент
Вычисляем более точное значение требуемой площади продольной арматуры 
:
Проверяем коэффициент армирования:
Сечение считается подобранным удовлетворительно, если 
Однако соблюдается условие 0,1%< 
3%.
По рассчитанной площади подбираем количество и диаметр d продольных стержней. Принимаем 4 22 с 
Продольную рабочую арматуру в поперечном сечении колонны размещают возможно ближе к поверхности колонны с соблюдением минимальной толщины защитного слоя. Защитный слой назначается не менее значений, указанных в приложении, и не менее диаметра арматуры. Принимаем защитный слой бетона 22мм.
Затем назначаем диаметр dw и шаг s поперечных стержней с учетом конструктивных требований.
Поперечная арматура применяется обычно класса А240 или В500. Диаметр поперечной арматуры назначают без расчета, по условиям сварки. Шаг поперечных стержней s ограничивают для предотвращения выпучивания продольной арматуры при сжатии. В сварных каркасах он должен быть не более:
s≤15d≤15·22=330мм
s≤500мм.
Принимаем поперечную арматуру класса А240 диаметром d=6 мм с шагом s=300мм.
Задание 3
Арматура, ее виды. Арматурные изделия, закладные детали. Марки и классы арматуры.
Виды арматуры
1. По материалу:
а) стальная;
б) стеклопластиковая;
в) углепластиковая.
2. По назначению:
а) рабочая – это арматура, которая определяется расчетом и обеспечивает прочность конструкции;
б) конструктивная – это арматура, которая также обеспечивает прочность конструктивных элементов и узлов, но расчетом не определяется, а устанавливается из практики проектирования и эксплуатации конструкций;
в) арматура косвенного армирования – это арматура, устанавливаемая в сжатых элементах в основном в местах больших локальных напряжений, для сдерживания поперечных деформаций;
г) монтажная – арматура, служащая для обеспечения проектного положения рабочей и равномерного распределения усилий между отдельными стержнями рабочей арматуры.
3. По способу изготовления:
а) стержневая, горячекатаная (d = 6…40 мм);
б) проволочная, холоднотянутая (d = 3…6 мм).
4. По виду поверхности:
а) гладкая;
б) периодического профиля (рифленая).
5. По способу применения:
а) напрягаемая, подвергнутая предварительному натяжению до эксплуатации;
б) ненапрягаемая.
6. По изгибной жесткости:
а) гибкая (стержневая и проволочная);
б) жесткая (из прокатных профилей).
7. По способу упрочнения:
а) термически упрочненная, т.е. подвергнутая термической обработке;
б) упрочненная в холодном состоянии – вытяжкой или волочением.
Физико-механические свойства и классификация стальной арматуры
Характеристики прочности и деформативности сталей устанавливают по диаграмме σs – εs, получаемой из испытаний образцов на растяжение. Горячекатаная арматурная сталь, имеющая на диаграмме площадку текучести, обладает значительным удлинением до разрыва (мягкая сталь) (рис. 1, а). Напряжение, при котором деформации развиваются без заметного увеличения нагрузки, называется физическим пределом текучести арматурной стали 
.
а) б)
Рис. 1. Диаграммы σs – εs при растяжении арматурной стали:
а – мягкая малоуглеродистая сталь с площадкой текучести;
б – высокопрочная, легированная сталь с условным пределом текучести.
Повышение прочности сталей достигают следующими методами:
· путем введения углерода и легирующих добавок (марганец, хром, кремний, титан и др.);
· термическим упрочнением - закаливание стали (нагрев до 800…900оС и быстрое охлаждение), затем частичный отпуск (нагрев до 300…400оС и постепенное охлаждение);
· холодным деформированием – при вытяжке в холодном состоянии до напряжения 
сталь упрочняется; при повторной вытяжке пластические деформации уже выбраны, напряжение 
становится новым искусственно поднятым пределом текучести ;
· холодным волочением - волочение через несколько последовательно уменьшающихся в диаметре отверстий в холодном состоянии для получения высокопрочной проволоки.
Высоколегированные и термически упрочненные арматурные стали переходят в пластическую стадию постепенно без ярко выраженной площадки текучести (рис. 1, б). Для таких сталей устанавливают условный предел текучести 
, при котором относительные остаточные деформации составляют 0,2%.
К физическим свойствам сталей относятся:
· пластические свойства – характеризуются относительным удлинением при испытании на разрыв. Снижение пластических свойств приводит к хрупкому (внезапному) разрыву арматуры;
· свариваемость – характеризуется надежностью соединения, отсутствием трещин и других пороков металла в швах. Хорошо свариваются малоуглеродистые и низколегированные стали. Недопустимо сваривать термически упрочненные и упрочненные вытяжкой стали, т.к. теряется эффект упрочнения;
· хладноломкость - склонность к хрупкому разрушению при отрицательных температурах (ниже -30оС);
· реологические свойства – характеризуются ползучестью и релаксацией;
· усталостное разрушение – наблюдается при действии многократно повторяющейся знакопеременной нагрузке и имеет характер хрупкого разрушения;
· динамическая прочность – наблюдается при кратковременных нагрузках большой интенсивности.
Классификация арматуры
| Наименование и класс арматуры | d, мм | Предел текучести, МПа | Относительное удлинениепри разрыве, % | Модуль упругости, МПа |
| Стержневая горячекатаная: гладкая класса A-I периодического профиля классов: A-II A-III A-IV A-V A-VI | 6…40 10…40 6…40 10…22 10…32 10…22 | 21 · 104 21 · 104 20 · 104 19 · 104 19 · 104 19· 104 | ||
| Стержневая термически упрочненная классов: Ат – IIIс Aт – IVс Ат – V Aт - VI | 10…38 10…28 10…28 10…28 | - | 20 · 104 19 · 104 19 · 104 19· 104 | |
| Обыкновенная арматурная проволока периодического профиля класса Вр-I | 3…5 | - | 17· 104 | |
| Высокопрочная арматурная проволока: гладкая класса В-II периодического профиля класса Вр-II | 3…8 3…8 | 4…6 4…6 | 20 · 104 20 · 104 |
П р и м е ч а н и е: дополнительной буквой «С» указывается на возможность стыкования сваркой, буквой «Т» - на термическое упрочнение арматуры.
Применение арматуры в конструкцияхи арматурные изделия, соединения арматуры
В качестве ненапрягаемой рабочей арматуры применяют A – III. Для косвенного армирования используют Bp – I. Иногда может применяться в качестве рабочей арматуры A – II. A - I используют в качестве монтажной и для поперечных стержней каркасов.
В качестве напрягаемой арматуры применяют: Aт - IVс, Aт – V, Aт – VI, A - IV, A – V, A – VI, В – II, Вр – II, К – 7, К – 19.
Хорошо свариваются: А–I – A–VI, Aт – IIIс, Aт – IVс, Вр – I.
Нельзя сваривать: Aт – V, Aт – VI, В – II, Вр – II, т.к. теряется эффект упрочнения.
Арматурные изделия
1. Сварные сетки (Вр – I d = 3…5 мм; A – I, A – III d = 6…10 мм):
а) рулонные (dmax = 5 мм);
б) плоские.
Максимальная ширина сетки – 3800 мм; длина ограничивается массой сетки не более 900…1300 кг и не более 9000 мм.
Основные параметры сеток (рис. 2):
а)
а) б)
б)
| |||
| |||
Сварные каркасы (рис. 3):
а) плоские;
б) пространственные.
Соотношение диаметров свариваемых поперечных и продольных стержней должно быть не менее 1/3…1/4.
Наиболее эффективная напрягаемая арматура – канат (рис. 4, а). Периодический профиль каната обеспечивает надежное сцепление с бетоном, а большая длина позволяет избежать стыков.
а) б)
Рис. 4. Арматурные проволочные изделия:
а – арматурные канаты; б – арматурный пучок.
Арматурные пучки (рис. 4, б) состоят из отдельных параллельно расположенных проволок или канатов. Проволоки (14, 18 или 24 шт.) или канаты располагают по окружности с зазорами и обматывают мягкой проволокой.
Соединения арматуры
а) Сварные стыки (рис. 5, а, б, в)
б) Стыки арматуры внахлестку без сварки (рис. 5, г)
Перепуск концов стержней на 20…50d. Допускается применять в местах, где прочность арматуры используется не полностью.
а) в)
б) г)
Рис. 5. Соединения арматуры:
а – контактная сварка «встык»; б – дуговая ванная сварка;
в – сварка с накладками; г – «внахлестку» без сварки.
Неметаллическая арматура.
Стеклопластиковая арматура – получается из стекловолокон, объединенных в арматурный стержень с помощью связующих пластиков из синтетических смол.
Достоинства: обладает высокой прочностью и низким модулем упругости.
Недостатки: склонность к разрушению от щелочных реакций и старение, характеризуемое снижением прочности во времени.