Контрольная работа по "Строительству"

  Создав искусственный  камень - бетон, свойства которого можно  регулировать по своему усмотрению, ученые нашли и способ борьбы с его  основным недостатком - низкой прочностью при растяжении. При металлической  арматуре бетон хоть и не разрушается  при растяжении, но трескается. Это  отрицательно сказывается на эксплуатационных свойствах железобетонных конструкций  и сооружений. Создание на стадии изготовления или строительства напряженного состояния в конструкции, когда  знак напряжения в бетоне противоположен знаку напряжения от эксплуатационной нагрузки, является одним из крупнейших достижений инженерной мысли в XX столетии.

  Рисунок-1

  Требуемое напряжение в бетоне создается за счет передачи усилия натяжения арматурных элементов (рисунок-1). Простыми словами арматурный элемент железобетонной конструкции  растягивают почти до разрыва, после  чего он стремится вернуться в  первоначальное состояние, т.е. сжаться, тем самым создавая усилие обжатия  бетона в растянутой зоне. В связи  с этим различают два вида предварительного напряжения по способу натяжения  арматуры: на упоры, на бетон. Способ натяжения  арматуры на упоры производится на стендах в заводских условиях. Арматурные элементы растягивают, затем  в форму заливают бетон и после  набора им требуемой прочности арматуру «отпускают». Создается эффект обжатия  бетона

  Центрально-растянутые элементы применяют, как Правило, предварительно напряженными, что является радикальным  средством существенного повышения  их сопротивления образованию трещин в бетоне. 
 
 

  Растянутая  предварительно напрягаемая арматура (стержни, проволочные пучки, арматурные канаты) в линейных элементах (затяжки  арок, нижние пояса ферм) не должна иметь  стыков. В поперечном сечении элемента предварительно напрягаемую арматуру размещают симметрично с тем, чтобы при передаче обжимающего  усилия (всего целиком или постепенно, обжимая сечение усилиями отдельных  групп стержней) по возможности избежать внецентренного обжатия элемента.

  При натяжении  на бетон предварительно напряженная  арматура, размещаемая в специально предусматриваемых каналах, в процессе обжатия не работает в составе  поперечного сечения элемента. В  этом случае целесообразно снабжать предварительно напряженный элемент  небольшим количеством   ненапрягаемой  арматуры. Ее располагают ближе к  наружным поверхностям, чтобы она  эффективнее усиливала элемент  против возможных внецентренных воздействий в процессе обжатия.

  Расчет  центрально-растянутых элементов

  При работе центрально-растянутых элементов  под нагрузкой различают три характерные стадии напряженно-деформированного состояния: стадию I — до образования трещин, стадию II—после образования трещин, стадию III — разрушение.

  Рассмотрим  характер изменения напряженно-деформированного состояния центрально-растянутого  элемента по мере увеличения внешней  нагрузки.

  В стадии I (начальный  период разрушения) внешней растягивающей  силе N₁ сопротивляются бетон и арматура, которые имеют одинаковые деформации вследствие сцепления между собой. Если обозначить напряжения в бетоне s_б.р и напряжения в арматуре s_a1 , то условие равновесия сечений элемента будет иметь следующий вид: 
N₁=s_б.р.F_е+s_а1.F_а, где Fe—площадь сечения бетона; Fa — площадь продольной арматуры.

  С увеличением  внешней нагрузки напряжения в бетоне и арматуре возрастают. Когда напряжения в бетоне достигнут временного сопротивления  растяжению: (а деформации—предела растяжимости ), в элементе образуются трещины (стадия Iа). При образовании трещин деформации арматуры e_a в силу сцепления равны предельным деформациям бетона , поскольку оба материала деформировались совместно. Напряжения в арматуре в стадии I составляют  

   »0,00015 иE_a=2×10⁶ кгс/см²:

   » 0,00015×2′000′000 = 300 кгс/см² (30 МПа).

  Таким образом, расчетное усилие, воспринимаемое сечением при образовании трещин,  (1)

  Если  N>N_Т, в элементе образуются трещины. При дальнейшем увеличении нагрузки напряжения в арматуре будут возрастать, а трещины в бетоне — раскрываться (стадия II). Внешней силе по сечению с трещиной сопротивляется только одна арматура, имеющая напряжения s_а и деформации e_а, а на участке между трещинами — арматура и бетон, поскольку сцепление между ними сохраняется. Вследствие этого напряжения в арматуре на участке между трещинами уменьшаются. Средние напряжения в арматуре s_а.с<s_а и соответственно средние относительные деформации e_а.с<e_а. Работа бетона на растяжение между трещинами характеризуется, как и при изгибе, коэффициентом y_а, выражающим отношение средних напряжений в арматуре s_а.с к напряжениям в ней по сечению с трещиной s_а, или отношение средних относительных деформаций арматуры e_а.с. к ее деформациям по сечению с трещиной e_а.        y_a=s_а.с/s_а =e_а.с/e_а [см формулу (1)]

  По  мере дальнейшего возрастания внешней  нагрузки увеличиваются напряжения в арматуре, а трещины в бетоне раскрываются все больше. Когда напряжения в арматуре достигнут значения предельных напряжений (предела текучести для мягкой стали или временного сопротивления для твердой стали), наступит разрушение элемента (стадия III).

  Усилие, которое воспринимают сечения элемента перед разрушением, составляет    (2)

  Прочность элемента будет обеспечена, если расчетная  продольная сила N (усилие в элементе от расчетных нагрузок) не будет  превышать усилия, воспринимаемого  арматурой при напряжениях в  ней, равных расчетному сопротивлению  R_a:      . (3).

  Из  условия прочности  определяют требуемую площадь сечения продольной растянутой арматуры:   (4)

  Ширина  раскрытия трещин а_Т представляет собой удлинение арматуры (работающей совместно с бетоном) на участке, равном расстоянию между трещинами l_T, поэтому, как и в изгибаемых элементах, ширину раскрытия трещин рассчитывают по формуле , при k=l,2 и напряжениях в арматуре, равных (5)

  Область применения центрально растянутых предварительно напряженных элементов.

  Предварительно  напряженная арматура нашла широкое применения в монолитных железобетонных конструкций (перекрытия, мосты, высотные сооружения и т. д.). В высшей степени убедительной демонстрацией эксплуатационной надежности предварительного напряжения сборного железобетона является; его успешное использование для производства железобетонных шпал. Также производят столбы ЛЭП, плиты перекрытия, плотины, энергетические комплексы, телебашни и так далее. Самая высокая в мире телебашня построена из монолитного преднапряженного (центрально-растянутого) железобетона.

  Железобетонные  изгибаемые элементы, широко используются как в гражданском, так и в промышленном строительстве. К ним относятся: фермы, балки, арки, плиты перекрытия, колонны и т.д.

  При изгибе любого элемента в нём возникает  сжатая и растянутая зоны, изгибающий момент и поперечная сила. В железобетонной конструкции выделяется две формы  разрушения:

  по  нормальным сечениям — сечениям, перпендикулярным продольной оси, от действия изгибающего  момента,

  по  наклонным сечениям — от действия поперечных сил.

  В типичном случае армирование балки выполняется  продольной и поперечной арматурой (см. рисунок-2).

  Рисунок-2 (изгиб и армирование железобетонной балки)  

  1 —  верхняя (сжатая) арматура

  2 —  нижняя (растянутая) арматура

  3 —  поперечная арматура

  4 —  распределительная арматура 

  Верхняя арматура может быть растянутой, а нижняя сжатой, если внешняя сила будет действовать в противоположенном направлении

  L —  пролёт балки или плиты, расстояние  между двумя опорами. Обычно  составляет от 3 до 25 метров;

  H —  высота сечения. С увеличением  высоты прочность балки растёт  пропорционально h²;

  B —  ширина сечения;

  a — защитный слой бетона. Служит для защиты арматуры от воздействия внешней среды;

  s — шаг поперечной арматуры.

  Арматура (2), устанавливаемая в растянутую зону, служит для упрочнения бетона, который в силу своих свойств  быстро разрушается при растяжении. Арматура (1) в сжатую зону устанавливается  обычно без расчёта (из необходимости  приварить к ней поперечную арматуру), в редких случаях верхняя арматура упрочняет сжатую зону бетона. Растянутая арматура и сжатая зона бетона (и  иногда сжатая арматура) обеспечивают прочность элемента по нормальным сечениям (см. рисунок-3).

  Рисунок-3 (разрушение ж/б элемента по нормальным сечениям) 

  Поперечная  арматура (3) служит для обеспечения  прочности наклонных сечений (см. рисунок-4) 

  Рисунок-4(разрушение ж/б элемента по наклонных сечениям )

  Рапределительная арматура (4) имеет конструктивное назначение. При бетонировании она связывает арматуру в каркас. 

  Небольшие по высоте балки и плиты (до 150 мм) допускается проектировать без  установки верхней и поперечной арматуры.

  Плиты армируются по такому же принципу как и балки, только ширина B в случае плиты значительно превышает высоту H, продольных стержней (1 и 2) больше, они равномерно распределены по всей ширине сечения.

  Кроме расчёта на прочность для балок  и плит выполняется расчёт на жёсткость (нормируется прогиб в середине пролета  при действии нагрузки) и трещиностойкость (нормируется ширина раскрытия трещин в растянутой зоне).

  [править]

  Сжатые  элементы (колонны)

  При сжатии длинного элемента для него характерна потеря устойчивости (см. рисунок). При этом характер работы сжатого элемента нескольно напоминает работу изгибаемого элемента, однако в большинстве случаев растянутой зоны в элементе не возникает.

  Если  изгиб сжатого элемента значителен, то он рассчитывается как внецентренно сжатый. Конструкция внецентренно сжатой колонны сходна с центрально сжатой, но в сущности эти элементы работают (и рассчитываются) по-разному. Также элемент будет внецентренно сжат, если кроме вертикальной силы на него будет действовать значительная горизонтальная сила (например ветер, давление грунта на подпорную стенку).

  Типичное  армирование колонны представлено на рисунке.

  Рисунок-5 (работа и армирование сжатой колонны)

  1 —  продольная арматура

  2 —  поперечная арматура 

  Центрально  сжатые колонны проектируются квадратного  сечения.

Массивными считаются  колонны минимальная сторона  сечения которых более или равна 400 мм. Массивные сечения обладают способностью к наращиванию прочности бетона длительное время, т.е. с учетом возможного увеличения нагрузок в дальнейшем (и даже возникновения угрозы прогрессирующего разрушения - террористические атаки, взрывы и т.д.) - они имеют преимущество перед колоннами немассивными. Т.о. сиюминутная экономия сегодня не имеет смысла в дальнейшем и кроме этого малые сечения нетехнологичны при изготовлении. Необходим баланс между экономией, массой конструкции и т.н. жизнеутверждающим строительством

  Ленточный фундамент – это жесткая неразрывная  конструкция, образующая замкнутый  контур (ленту) и проложенная под  всеми несущими стенами будущего дома. Ленточный фундамент наиболее распространенный тип фундамента, он может использоваться для строительства  любых типов зданий – каменных, монолитных бетонных, кирпичных, деревянных, каркасных.

Рисунок-6 (ленточный  фундамент) 

Подсчет нагрузки на фундамент проводится на основании  проектного задания, в котором имеются  все основные размеры здания и  конструктивных элементов выше фундамента.

Для подсчета нагрузок выделяют один погонный метр длины фундамента и определяют грузовую площадь, с которой будет собираться нагрузка на фундамент. Все нагрузки суммируются до обреза фундамента с  установлением их направления и  точки приложения.

После этого  выбирается конструкция фундамента, находятся дополнительные нагрузки, расположенные выше подошвы фундамента: собственный вес фундамента, вес  грунта, расположенного на уступах  фундамента, боковое давление земли (в подвальных помещениях). Расчет проводится:

1. по постоянные нормативные нагрузки: покрытия, чердачные перекрытия с утеплителем, межэтажные перекрытия, перегородки, вес парапета, кирпичная кладка, вес плиты лоджии
2. Временные нормативные нагрузки: на 1 м²проекции кровли от снега, на 1 м² проекции чердачного перекрытия, на 1 м² проекции межэтажного перекрытия.