РАЗДЕЛ 2
НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ПЛИТ ДО ПРИЛОЖЕНИЯ
ПОПЕРЕЧНОЙ НАГРУЗКИ
2.1. Выбор уровня двухосного предварительно обжатия плит
Для предварительно напряженных железобетонных плит важное значение имеют величины задаваемого предварительного напряжения арматуры и бетона. В принципе, чем выше эти величины, тем значительнее проявляется эффект предварительного напряжения конструкций и тем больше такие конструкции отличаются от конструкций плит с ненапрягаемой арматурой в работе под поперечной нагрузкой.
Однако при чрезмерно большом предварительном напряжении арматуры и обжатии бетона эффект предварительного напряжения может не только не увеличиться, но наоборот, существенно уменьшиться или даже полностью потеряться, а в ряде случаев повышенное предварительное напряжение приводит конструкцию в предельное состояние.
При недостаточной величине предварительного напряжения его эффект оказывается мало заметным вследствие потерь этого напряжения, проявляющихся в процессе изготовления конструкции и длительной работы ее под нагрузкой.
В связи с этим возникает необходимость установления наиболее эффективной величины предварительного напряжения арматуры и бетона.
Способ натяжения арматуры влияет на учитываемое при расчете напряженное состояние арматуры и бетона.
При натяжения арматуры на упоры для конструкций, в которых созданное предварительное напряжение обжатия бетона уменьшается или не изменяется при действии внешних нагрузок, напряжения обжатия бетона назначается более высоким. Для конструкций, в которых сжимающие напряжения бетона увеличивается при действии внешних нагрузок и воздействий, допустимые значения напряжений обжатия несколько снижаются.
При натяжении арматуры на отвердевший бетон, напряжения обжатия принимают сниженными по сравнению с напряжениями обжатия конструкций с арматурой, натянутой на упоры. Это снижение вызвано тем, что при натяжении на бетон потери от быстронатекающих деформаций ползучести бетона компенсируются в процессе его обжатия. Кроме того, еще до обжатия проявляется часть деформаций усадки. В этих условиях напряжение обжатия при натяжении арматуры на бетон оказывается в стадии эксплуатации элементов более высоким, чем в аналогичных элементах с арматурой, натянутой на упоры.
В расчетах предварительно напряженных элементов вводится напряжение в арматуре , отвечающее такому состоянию конструкций, когда под действием усилия предварительного обжатия и внешних нагрузок напряжение в бетоне на уровне напрягаемой арматуры равны нулю. Поэтому полные напряжения в арматуре в предельном состоянии конструкции определяются как сумма предварительных напряжений и приращения напряжений от деформации растянутой зоны бетона в предельном состоянии.
Обычно величину установившегося предварительного напряжения бетона принимают не более 0,5...0,7 от нормативного сопротивления бетона Rbn. По зарубежным нормам [39] величина предварительного напряжения бетона, принимается не более 0,4...0,6 от прочности бетона при обжатии, что приводит к менее эффективным решениям.
Для предварительного напряжения арматуры устанавливают [11] верхний и нижний пределы. Верхний предел составляет величину Rs,ser, а нижний предел - 0,3Rs,sеr. Верхний предел назначают с учетом того, чтобы при натяжении в арматуре не появлялись большие неупругие деформации и не произошел разрыв арматуры. Нижний предел обеспечивает определенный минимальный уровень предварительного напряжения после проявления потерь.
Решающее значение для выбора степени предварительного напряжения имеют эксплуатационные требования. Например, в плитах перекрытий многоэтажных зданий действие высоких сжимающих напряжений в бетоне предварительно обжатой зоны может привести к появлению значительного выгиба, увеличивающегося с течением времени за счет усадки и ползучести бетона. Это ухудшает эксплуатационные и эстетические свойства конструкции перекрытия, поверхность которой должна быть безупречно ровной. Существует также опасность, что в процессе предварительного обжатия элемента, в верхней зоне могут возникнуть трещины, вследствие чего выгибы увеличиваются.
В связи с возможным появлением выгибов, которые нежелательны не только в перекрытиях зданий, но и в плитах покрытий аэродромов шоссейных дорог и других инженерных сооружений (см. п.1.1), кроме уровня обжатия, возникает вопрос о месте расположения предварительно напрягаемой арматуры в сечении двухосно обжатых плит. Для таких случаев предпочтительнее центральное поперечное предварительное напряжение, несмотря на меньшую экономичность его по сравнению с внецентренным предварительным напряжением. Например, в плитах, опертых по контуру поперечные положительные моменты больше отрицательных. Следовательно, арматура должна быть расположена дальше от верхней грани ядра сечения, чем от нижней, в целях достижения большего плеча внутренней пары. Однако при внецентренном предварительном обжатии появляется выгиб плиты вверх, что неприемлемо по условиям эксплуатации [42].
Основной особенностью работы железобетонных плит, предварительного напрягаемых в двух направлениях является наличие сложного напряженного состояния, в условиях которого находится бетон.
Здесь, прежде всего возникает проблема недопустимости наступления предельного состояния в процессе двухосно обжатия элемента. С этим связано назначение оптимального по прочности на сжатие класса бетона плиты. Появляется необходимость проверки прочности конструкции, когда за исходные принимаются значения напряжений от усилия преднапряжения в условиях плоского напряженного состояния.
Далее, после приложения внешней поперечной нагрузки бетон плиты испытывает трехосное (объемное) напряженное состояние. В этом случае для преодоления усилий обжатия бетона от предварительного напряжения необходимо затратить некоторую величину энергии.
О.Я.Берг [11] предложил критерий прочности бетона в случае сложного нагружения:
, (2.1)
где Rb -