Рис. П-1. Преобразование нагрузок:

а - поверхностная равномерно распределённая нагрузка на покрытие;

б - линейная равномерно распределённая нагрузка на ригель рамы;

в - сосредоточенная нагрузка на колонну.

Чем отличаются нормативные и расчётные нагрузки. Основными характеристиками нагрузок, указанными в Нормах проектирования [1], являются их нормативные значения. Они приняты на основании статистической обработки опытных данных с обеспеченностью, равной 0,95.

Под обеспеченностью какой-либо случайной величины понимают вероятность того, что она не выйдет за пределы установленных значений. Обеспеченность 0,95 означает, что в 95 случаях из 100 величина нагрузки не будет превышать своего нормативного значения.

В расчётах используют так называемые расчётные значения нагрузок. Расчётное значение нагрузки q можно получить умножением её нормативной величины qn на коэффициент надежности по нагрузке gf.

Что учитывает коэффициент надёжности по нагрузке. Он учитывает характер статистической изменчивости нагрузки и устанавливается в зависимости от уровня ответственности выполняемого расчёта. Наибольшей изменчивостью обладают атмосферные нагрузки (снеговая и ветровая).

В каких расчётах участвуют расчётные значения нагрузок, а в каких нормативные

В расчётах, характеризующихся высоким уровнем ответственности (например, расчёты на прочность и устойчивость) участвуют расчётные нагрузки. Эти нагрузки иногда называют предельными, поскольку они связаны с разрушением конструкции. Использование предельных значений практически исключает возможность действия на сооружение нагрузок, величина которых превышает принятую в расчёте. Обеспеченность предельных нагрузок составляет 0,997…0,999 (точно её определить затруднительно).

В расчётах с более низкими уровнями ответственности (например, расчёты на жесткость и выносливость) используются нормативные нагрузки. Это так называемые эксплуатационные нагрузки, они соответствуют условиям нормальной эксплуатации сооружения.

Сущность железобетона.

Железобетон - конструктивный композиционный материал, в котором бетон и арматура рационально объединены для совместной работы.

Зачем в бетоне устанавливается арматура. Прочность бетона при сжатии примерно в 10 раз выше, чем при растяжении. Поэтому растянутые зоны бетонных конструкций усиливают стальной арматурой, которая замечательно сопротивляется растяжению. Арматура неплохо работает и на сжатие, поэтому сжатые элементы для уменьшения размеров поперечного сечения также армируют стальными стержнями. Чем более полно используются свойства материалов, тем эффективнее оказывается конструкция.

Основные факторы, определяющие совместную работу бетона и арматуры в конструкции

Наличие усилий сцепления в зоне контакта бетона и арматуры;

Близкие значения коэффициентов температурного расширения бетона и арматуры:

a = (10…15) ×10-6 1/°С;

Защитный слой бетона, предохраняющий арматуру от коррозии и высокотемпературного воздействия пожара.

Преимущества и недостатки железобетона

[+] Долговечность, высокая огнестойкость, экономичность при изготовлении и эксплуатации конструкций;

[-] Значительная собственная масса, слабая химическая стойкость, трудности при усилении конструкций или замене их.

Сущность предварительно напряжённого железобетона. При нагружении обычного железобетонного элемента уже при сравнительно небольших усилиях в его растянутых зонах образуются трещины. При дальнейшем увеличении нагрузки растягивающие усилия в сечении с трещиной воспринимает арматура, что приводит к увеличению ширины раскрытия трещин. Чрезмерное раскрытие трещин опасно из-за возможной коррозии арматуры. Для увеличения трещиностойкости железобетонных конструкций применяют предварительное обжатие тех зон бетона, в которых при эксплуатационных нагрузках должны возникнуть растягивающие напряжения. Такие конструкции называют предварительно напряжёнными (рис. П-2).

Преимущества предварительно напряжённых конструкций. Предварительное напряжение повышает трещиностойкость и жесткость конструкций (то есть уменьшает прогибы), способствует повышению их долговечности и коррозионной стойкости, создаёт условия для применения высокопрочной арматуры.

Способствует ли предварительное напряжение повышению прочности конструкций. Предварительное напряжение практически никак не влияет на прочность конструкций, так как к моменту разрушения оно утрачивается и предельные напряжения в арматуре и бетоне определяются только их расчётными сопротивлениями.

Рис. П-2. Сравнительный анализ работы железобетонных элементов с предварительным напряжением арматуры и без него.

а - диаграмма "нагрузка-прогиб" (F-f):

Fcrc - усилие трещинообразования, Fser - эксплуатационная нагрузка;

б - предварительно напряжённая балка (1);

в - балка без предварительного напряжения (2).

Назначение, классы и применение арматуры.

Как отличить рабочую и конструктивную арматуру. В зависимости от функционального назначения арматура бывает рабочей или конструктивной. Площадь сечения рабочей арматуры определяется расчётом на действие внешних нагрузок. Конструктивная (или, как её ещё называют, монтажная) арматура устанавливается без расчёта, по конструктивным или технологическим соображениям.

Конструктивная арматура предназначена для частичного восприятия неучитываемых расчетом усилий (усилий от усадки и ползучести бетона; температурных напряжений, местных напряжений от сосредоточенных сил, случайных напряжений). Арматура, предназначенная для более равномерного распределения сосредоточенного усилия между отдельными стержнями рабочей арматуры, называется распределительной.