Файл: Расчет железобетонных конструкций при сложных деформациях..pdf

РАСЧЕТ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ

КОНСТРУКЦИЙ

ПРИ СЛОЖНЫХ ДЕФОРМАЦИЯХ

Под редакцией д-ра техн. наук

проф. М. С. ТОРЯНИКА

М О С К В А С Т Р О П И З Д А Т 1 9 7 4

ЧИТАЛЬНОГО ЗАЛА

%7 - 3 2 7 у 7

Авторы: М. С. ТОРЯНИК, П. Ф. ВАХНЕНКО, Л. В. ФАЛЕЕВ,

Л. И. СЕРДЮК, А. М. КУЗЬМЕНКО, К. X. ДОЛЯ, Ю. М. РУДЕНКО

Расчет железобетонных конструкций при сложных де­ формациях. Под ред. М. С. Торяника. М., Стройиздпт, 1974. 297 с. Авт.: Торяник М. С., ВахиенкоП. Ф., Фалеев Л. В. и др.

На основе экспериментальных исследований разра­ ботаны практические способы расчета обычных и предва­ рительно-напряженных железобетонных конструкций, подвергающихся сложным деформациям: косому внецентренному сжатию, косому изгибу, косому изгибу с круче­ нием, действию поперечной силы при косом изгибе, косому внецентренному обжатию при изготовлении сборных пред­ варительно-напряженных железобетонных конструкций с несимметричным армированием. Приведенные номо­ граммы и таблицы позволяют свести расчет при сложных деформациях к простым операциям, как и при обычном изгибе.

Книга предназначена для инженерно-технических ра­ ботников проектных и строительных организаций, а так­ же для научных работников и аспирантов.

Табл. 24, нл. 106, список лит.: 81 назв.

ПРЕДИСЛОВИЕ

Проблема уменьшения собственного веса железобетонных кон­ струкций всегда стояла перед строителями и особенно остро она поставлена в девятой пятилетке. Решается эта проблема приме­ нением высокопрочных материалов, легких заполнителей, прост­ ранственных конструкций, а также разработкой и уточнением методов расчета, подтверждаемых экспериментальными данными.

К разработке и уточнению методов расчета относятся задачи эк­ спериментальных и теоретических исследований железобетонных элементов, работающих на сложные виды деформаций: косое внецентренное сжатие, косой изгиб, косой изгиб с кручением. Такие элементы часто встречаются в практике проектирования и строи­ тельства и поэтому исследованиям их работы уделялось и уде­ ляется большое внимание.

Однако используемые в настоящее время способы расчета этих элементов очень разобщены, слабо подкреплены экспериментами и, что главное, недостаточно отражают действительное напряжен­ ное состояние элементов.

Вэтой книге предлагается методика расчета железобетонных конструкций на сложные виды деформаций, основанная на обще­ принятом методе предельных состояний и подкрепленная много­ численными экспериментами.

Книга состоит из предисловия, введения, семи глав и двух при­ ложений.

Впервой главе дан расчет на косое внецентре'нное сжатие дву­ тавровых, тавровых и прямоугольных поперечных сечений.

Вторая и третья главы содержат расчет на косой изгиб обычных

ипредварительно-напряженных железобетонных элементов.

Вчетвертой и пятой главах изложены методы расчета обычных

ипредварительно-напряженных железобетонных элементов, рабо­ тающих на косой изгиб с кручением.

Вшестой главе дан расчет прочности по косому сечению косоизгибаемых элементов.

3

ВВЕДЕНИЕ

Вопросам теории расчета элементов железобетонных конструк­ ций при сложных деформациях, начиная с 30-х р о д о в , посвящен целый ряд работ отечественных и зарубежных ученых и инженеров.

В нашей стране такие исследования проводили: И. И. Гольденблат и Э. Г. Ратц, К. Н. Ратушинский, Н. А. Попович, А. Е. Шавельский и др. Из зарубежных ученых следует упомянуть: Б. Браслера, Байера, Л. Нольте, К. Опладена, Г. Линдера, А. Пухера, В. Лёзера и др.

Однако ранние теоретические исследования базировались на представлении о железобетоне как упругом материале и основыва­ лись на методике расчета по допускаемым напряжениям с исполь­ зованием зависимостей сопротивления материалов. В результате эти работы имели существенные недостатки, присущие теории упру­ гого бетона, и их теоретические выводы не подтверждаются экспе­ риментальными данными.

В течение последних десятилетий в отечественной и зарубежной

Н. И. Смолина [30], С. И. Глазера [13, 14], О. Н. Тоцкого [47, 48], В. Н. Байкова [1], М. А. Борисовой и М. 3. Арафата [6] и др.

Н. И. Смолин экспериментально и теоретически исследовал проч­ ность ненапряженных балок прямоугольного сечения. Его теорети­ ческие выводы подтверждены экспериментами.

С. И. Глазер разработал теорию расчета кососжимаемых эле­ ментов прямоугольного сечения и косоизгибаемых элементов пря­ моугольного и таврового сечений. Для упрощения расчетов он со­ ставил таблицы. Однако эти теоретические расчеты не подкреплены экспериментальными данными.

О. Н. Тоцкий, используя свойства изокривых — изостат и из бент, разработал методику расчета косоизгибаемых и кососжима­ емых железобетонных элементов. Предложенная им методика дает удовлетворительную сходимость с экспериментами, но является довольно трудоемкой.

В. Н. Байков, применив теорему об эквивалентности виртуаль­ ной работы момента, вызывающего косой изгиб, и суммарной работы его компонентов, действующих в двух взаимно перпендикулярных направлениях, получил довольно оригинальное решение по опре­ делению несущей способности косоизгибаемых железобетонных эле-

5

тентов таврового и прямоугольного поперечных сечений. Теорети­ ческие расчеты дают удовлетворительную сходимость с опытами.

М. А. Борисова и М. 3. Арафат исследовали прочность и трещиностойкость предварительно-напряженных железобетонных эле­ ментов прямоугольного поперечного сечения и сравнивали данные своих экспериментов с различными способами расчета. Сравнение показало наилучшую сходимость опытов с теоретическими расче­ тами, основанными на уравнениях предельного равновесия.

Из зарубежных ученых разработкой теории расчета по разру­ шающим усилиям занимались: А. Аас-Якобсен [58], И. Кисель [66], Р. Фалонг [72], Н. Тёпфер 175] и др.

А. Аас-Якобсен рассмотрел способ расчета по разрушающим уси­ лиям на косое внецентренное сжатие железобетонных элементов прямоугольного сечения с попарно симметричной арматурой. Для проверки теоретических расчетов было испытано десять колонн квадратного сечения с четырьмя стержнями по углам. Нагрузка прикладывалась в плоскости диагонали поперечного сечения. Для этого частного случая получено хорошее соответствие теоретиче­ ских расчетов с опытами.

И. Кисель разработал способ расчета по разрушающим усилиям только для прямоугольного сечения. Его теоретические расчеты не подкреплены экспериментами.

Н. Тёпфер дает способ расчета по разрушающим усилиям на ко­ сой изгиб и косое внецентренное сжатие тоже только для прямо­ угольных сечений. Его теоретические расчеты также не подкрепле­ ны опытами.

Таким образом, в перечисленных работах решались частные за­ дачи по расчету элементов железобетонных конструкций при слож­ ных деформациях.

Для разработки более общих методов расчета при сложных ви­ дах деформаций, отвечающих действительному напряженному со­ стоянию, в лаборатории железобетонных конструкций Полтавского инженерно-строительного института проведены многочисленные опыты над обычными и предварительно-напряженными железобе­ тонными элементами, работающими на косое внецентренное сжатие, косой изгиб и косой изгиб с кручением. Исследована прочность по нормальным и косым сечениям, трещиностойкость, границы переармирования (прочность сжатой зоны).

На основе экспериментальных данных разработаны практиче­ ские методы расчета, подтверждающиеся опытами. Построенные номограммы и таблицы позволяют производить расчеты так же просто, как и при обычных видах деформаций.

Под сложными видами деформаций подразумеваются косое вне­ центренное сжатие, косой изгиб и косой изгиб с кручением. Имеет­ ся в виду, что между ними существует определенная связь. Косой изгиб является частным случаем косого изгиба с кручением и ко­ сого внецентренного сжатия. Более того, такие простые виды дефор­ маций, как плоское внецентренное и центральное сжатие, плоский

6

изгиб, также являются частными случаями косого внецентренного сжатия. При разработке описанных здесь способов расчета железо­ бетонных элементов на указанные виды сложных деформаций авто­ ры исходили из этого положения.

В результате расчет железобетонных элементов при всех рассмот­ ренных видах деформаций отличается единством подхода и мето­ дики, которая вместе с тем может быть распространена и на обыч­ ные случаи деформаций — плоский изгиб и плоское внецентренное сжатие.

В книге освещены вопросы расчета прочности обычных и предва­ рительно-напряженных железобетонных элементов по нормаль­ ному и наклонному сечению, а также трещиностойкость косоизгибаемых элементов. Рассмотрены все практически встречающиеся виды сечений: двутавровое, Г-образное и прямоугольное. Двутав­ ровое сечение рассмотрено как исходное, из которого все другие виды сечений могут быть получены как частные случаи.

Все способы расчета разработаны на основе многочисленных эк­ спериментов.

Учитывая, что книга может быть использована не только проек­ тировщиками и студентами, но и научными работниками, в соот­ ветствующих главах приведены основные экспериментальные дан­ ные: геометрические характеристики образцов, прочностные пока­ затели арматуры и бетона, несущая способность образцов и др.

Несмотря на общность позиции, с которой рассмотрены различ­ ные виды деформаций, способы их расчета имеют некоторую специ­ фичность. Поэтому структура глав неодинакова.

Косое внецентренное сжатие, как наиболее общий случай дефор­ маций, из которого как частный случай можно получить и косой изгиб, рассмотрено в главе I. В основу рубрикации этой главы по­ ложена форма сечения. Это позволило сначала изложить расчет для наиболее общего случая — двутаврового сечения, — а затем распространить этот расчет на другие формы сечения.

С методической точки зрения за основу рубрикации глав II и III удобно взять не форму сечения элемента в целом, а форму сечения сжатой зоны бетона.

Рубрикация остальных глав принята такой же, как и В главе I. Предлагаемые способы расчета позволяют не только проверять несущую способность, но также подбирать размеры сечения и ар­ матуру. При этом не возникает специальных ограничений или требо­ ваний к размещению арматуры, что важно для практики заводского изготовления изделий: Схема размещения арматуры по сечению (схема армирования) может быть симметричной и несимметричной в зависимости от назначения элемента и условий его загружения. Предлагаемые способы расчета позволяют выбрать наиболее рациональную схему армирования с максимальным использованием сжатой зоны бетона и всей арматуры. Для облегчения вычислитель­ ной работы в приложениях даны номограммы и таблицы, при по­ мощи которых расчет прочности железобетонных элементов на слож­

1