Рис. 5.10. Расчетная схема усилий на бетонную полосу
Расчет балок на прочность по наклонным сечениям
Усилия в наклонных сечениях.Прочность наклонных сечений рассчитывают из условия, чтобы усилия от внешних нагрузок, действующие в сечении, были меньше внутренних предельных усилий в этом же сечении или равны им.
От внешних нагрузок в наклонном сечении балки могут действовать поперечная сила, изгибающий момент, а также крутящий момент. Усилия в наклонном сечении определяют как соответствующие равнодействующие всех внешних сил, расположенных по одну сторону от рассматриваемого наклонного сечения.
Внутренние усилия, действующие в сечении, включают усилия в бетоне над наклонной трещиной, усилия в арматуре, пересекающей наклонную трещину, и силы зацепления в наклонной трещине.
Нормы проектирования мостовых конструкций предусматривают производить расчет прочности наклонных сечений балок пролетных строений на действие поперечной силы между наклонными трещинами и по наклонной трещине, а также на действие изгибающего момента по наклонной трещине.
Расчет на действие поперечной силы между наклонными трещинами.Несущая способность балки может быть исчерпана в результате разрушения бетона в пределах стенки между наклонными трещинами (рис. 5.10). Этот бетон находится в условиях плоского напряженного состояния, испытывая действие наклонных сжимающих сил вдоль бетонной полосы и растягивающих усилий от поперечной арматуры. Разрушение бетона в этом случае происходит при достижении главными сжимающими напряжениями предельных сжимающих напряжений, зависящих от сопротивления бетона сжатию Rb, растяжению Rbtи главных растягивающих напряжений, действующих в бетоне.
Поскольку пока не разработана методика прямой оценки напряженного состояния в этом бетоне, для оценки прочности его используется эмпирическая формула
Q = 0,3 jv1jb1Rbbhv.
Расчетное сопротивление сжатию Rь учитывает основное влияние бетона на его разрушение в этом случае. Однако на прочность бетона при плоском напряженном состоянии влияет и сопротивление бетона растяжению, рост которого с ростом прочности бетона отстает от роста сопротивления Rb
Категории требований по трещиностойкости элементов.В пролетных строениях железобетонных мостов при воздействии нагрузок могут появляться трещины. Их долговременное раскрытие может привести к коррозии арматуры и потере несущей способности пролетного строения. Расчеты на трещиностойкость имеют целью предотвратить опасное образование трещин и обеспечение коррозионной стойкости арматуры и долговечности пролетного строения.
Трещины в бетоне появляются при определенных значениях растягивающих, сжимающих, а также главных растягивающих и главных сжимающих напряжений. Растягивающие напряжения могут вызывать в растянутом поясе балки трещины, перпендикулярные оси балки, так называемые поперечные трещины. Сжимающие напряжения могут вызывать в сжатом поясе продольные трещины, подобные тем, которые возникают при осевом сжатии кубиков, если устранить влияние сил трения смазкой контактных поверхностей. Главные напряжения при совместном действии вызывают наклонные трещины в стенках балок.
Расчетами на трещиностойкость предусматривается контроль образования трещин, их размера и закрытия. Расчеты относятся к расчетам по второй группе предельных состояний и поэтому проводятся на действие нормативных нагрузок. Они выполняются для стадий изготовления, транспортировки, возведения и эксплуатации сооружения.
Различают три категории требований по трещиностойкости, которым должны удовлетворять элементы мостов в зависимости от их назначения и вида армирования.
Категория 1.В элементах конструкций не допускаются растягивающие напряжения, что обеспечивает их полную трещиностойкость. Этой категории требований должны удовлетворять составные по длине предварительно напряженные пролетные строения, в клеевых стыках которых растягивающие напряжения не допускаются.
Категория 2.Включает две их разновидности: 2а и 26. В элементах конструкций, удовлетворяющих требованиям категории 2а, не допускаются трещины, растягивающие напряжения в бетоне ограничиваются значением 0,4Rbt,ser. Этой категории должны удовлетворять элементы пролетных строений автодорожных и городских мостов, кроме стенок балок, армированные напрягаемой проволокой диаметром 3 мм, арматурными канатами класса К-7 диаметром 9 мм.
В элементах конструкций, соответствующих требованиям категории 26, допускаются растягивающие напряжения до 1,4Rbt,ser, а также трещины с шириной раскрытия до 0,15 мм при условии, что они закрываются при отсутствии временной нагрузки. Этой категории должны удовлетворять те же элементы, что и для категории 2а, но армированные проволокой диаметром 4 мм и более и канатами диаметром 12 и 15 мм.
Категория 3.Включает три их разновидности: 3а, 3б и 3в. К элементам конструкций, удовлетворяющих требованиям категории 3а, относятся стенки (ребра) балок предварительно напряженных пролетных строений. В них ограничиваются главные растягивающие напряжения и допускаются трещины с шириной раскрытия до 0,15 мм.
Элементы автодорожных и городских мостов, армированные напрягаемой стержневой арматурой, относятся к категории 36, а ненапрягаемой — к категории 3в требований по трещиностойкости. Растягивающие напряжения в бетоне для них не контролируются, ширина раскрытия трещин ограничивается 0,2 мм для категории 3б и 0,3 мм для категории 3в.
