Что такое усадка бетона?Как она влияет на начальноые напряжения в бетоне.

Бетон обладает свойством уменьшаться в объеме при твердении в обычной воздушной среде (усадка бетона) и увеличиваться в объеме при твердении в воде (набухание бетона).

Неравномерное высыхание бетона приводит к неравномерной его усадке, что в свою очередь, ведет к возникновению начальных усадочных напряжений. Открытые, быстрее высыхающие поверхностные слои бетона испытывают растяжение, в то время как внутренние, более влажные зоны, препятствующие усадке поверхностных слоев, оказываются сжатыми. Следствием таких начальных растягивающих напряжений являются усадочные трещины в бетоне.

Начальные напряжения, возникающие под влиянием усадки бетона, не учитывают непосредственно в расчете прочности железобетонных конструкций; их учитывают расчетными коэффициентами, охватывающими совокупность характеристик прочности, а также конструктивными мерами — армированием элементов. Уменьшить начальные усадочные напряжения в бетоне можно технологическими мерами — подбором состава, увлажнением среды при тепловой обработке твердеющего бетона, увлажнением поверхности бетона и др., а также конструктивными мерами — устройством усадочных швов в конструкциях.

 

МК

Арочные конструкции,типы арок и компоновка арочных покрытий. 32)

Башни, мачты. Конструктивные особенности. 40)

Большепролетные покрытия, балочные конструкции их сечений и особенности расчета30).

Висячие покрытия. Однопоясные системы с гибкими нитями35)

Выбор расчетной схемы и выбор типа сечения колонны. 19)

Выбор сталей для строительных металлических конструкций. 2)

Выбор статической схемы и очертания ферм21)

Газгольдеры, конструкции газгольдеров39)

Классификация сталей. 1)

Купола, типы куполов34)

Листовые конструкции, резервуары, конструкции резервуаров38)

Методика расчета конструкций по предельным состояниям5)

Обеспечение устойчивости ферм. 22)

Определение расчетной длины стержней ферм24)

Определение усилий в стержнях фермы23).

Основы местной устойчивости МКЭ. 99)

Основы работы и расчета изгибаемых элементов в пределах упругих деформаций. 7)

Плоские сетчатые покрытия структура. Компоновка и констр. особенности. 33)

Подбор сечений стержней по гибкости. 26)

Подбор сечения элементов ферм,работающих на действие продольной силы и изгиб. 25)

Проверка прочности, устойчивости и прогибов составных балок.

промзданий. 15)

Работа и расчет болтовых соединений. 13)

Работа и расчет на устойчивость внецентренно сжатых и сжато изогнутых стержней. 10)

Работа и расчет на устойчивость центрально сжатых стержней. 9)

Работа и расчет стыковых сварных соединений12)

Работа стали при неравном распределении напряжений4)

Работа стали при одноосном растяжении3)

Рамные большепролетные покрытия типы рам и компоновка каркасов. 31)

Расчетные сопротивления стали. 6)

Связи по покрытию 29)

Сквозные колонны18).

Состав каркаса производственных зданий и его конструктивные схемы. 26)

Составные балки. Компоновка и подбор сечения14)

Сплошные центрально сжатые колонны, подбор сечения и конструктивное оформление. 17)

Стыки балок. Проверка прочности соединения стыков балок16).

Типы сечений колонн, ригелей и балок многоэтаж зд. 37)

Типы сопряжений конструирование и расчет оголовок колон. 20)

Учет сложного напряженного состояния при расчете мк и условия пластичности. 8)

Фермы из труб. 27)

 

1) Классификация сталей.

По прочностным свойствам стали условно делятся на три группы: обычной (Ơ _у = 29 кН/см), повышенной (Ơ _у = 29-40 кН/см) и высокой прочности (Ơ _у > >40 кН/см).

Повышение прочности стали, достигается легированием и термической обработкой.

По химическому составу стали, подразделяются на углеродистые и легированные. Углеродистые стали состоят из железа и углерода с добавкой кремния (или алюминия) и марганца.

Рис.1.1. К определению механических характеристик металла:

а – образец для испытания на растяжение; б – к определению

предела пропорциональности и предела упругости

 

Углерод (У) повышая прочность стали, снижает ее пластичность и ухудшает свариваемость, поэтому применяются только низкоуглеродистые стали (У < 0,22%).

Легированные стали помимо железа и углерода имеют специальные добавки, улучшающие качество стали. Однако, добавки ухудшают свариваемость стали и удорожают ее, поэтому в строительстве используют низколегированные стали с содержанием добавки не более 5%.

Основными легирующими добавками являются кремний (С), марганец (Г), медь (Д), хром (Х), никель (Н), ванадий (Ф), молибден (М), алюминий (Ю), азот (А).

В зависимости от вида поставки стали подразделяются на горячекатаные и термообработанные (закалка в воде и высокотемпературный отпуск).

По степени раскисления стали могут быть кипящими, полуспокойными и спокойными.

Спокойные стали используют при изготовлении ответственных конструкций, подвергающихся динамическим воздействиям. Полуспокойная сталь – промежуточная между кипящей и спокойной.

 

2) Выбор сталей для строительных металлических конструкций.

Выбор стали ведется на основе вариантного проектирования и технико-экономического анализа с учетом рекомендаций норм. Поэтому следует стремиться к большей унификации конструкций, сокращению числа профилей и сталей. Выбор стали, зависит от следующих параметров, влияющих на работу материала:

температуры среды;

характера нагружения;

вида напряженного состояния;

способа соединения элементов;

толщины проката.

В зависимости от условий работы материала все виды конструкций разделеныб на четыре группы:

К первой группе относятся сварные конструкции, работающие в особо тяжелых условиях, поэтому возможно хрупкое и усталостное разрушение, К свойствам сталей для этих конструкций предъявляются наиболее высокие требования.

Ко второй группе относятся сварные конструкции, работающие на статическую нагрузку при воздействии одноосного и однозначного двухосного поля растягивающих напряжений (например, фермы, ригели рам, балки перекрытий и покрытий и т. д.), а также конструкции первой группы при отсутствии сварных соединений. Общим для конструкций этой группы является повышенная опасность хрупкого разрушения. Вероятность усталостного разрушения меньше, чем для первой группы.

К третьей группе относятся сварные конструкции, работающие при преимущественном воздействии сжимающих напряжений (например, колонны, стойки, опоры под оборудование и др.), а также конструкции второй группы при отсутствии сварных соединений.

В четвертую группу включены вспомогательные конструкции и элементы (связи, элементы фахверка, лестницы, ограждения и т. п.), а также конструкции третьей группы при отсутствии сварных соединений.

Если для конструкций третьей и четвертой групп достаточно ограничиться требованиями к прочности при статических нагрузках, то для конструкций первой и второй групп важна оценка сопротивления стали динамическим воздействиям и хрупкому разрушению.

В материалах для сварных конструкций обязательно следует оценить свариваемость. Требования к элементам конструкций, не имеющих сварных соединений, могут быть снижены.

В нормах содержится перечень сталей в зависимости от группы конструкций и климатического района строительства.

 

 

3) Работа стали при одноосном растяжении.

Работу стали при одноосном напряжении можно проследить по испытанию образца на растяжения (рис.1.4.).

В стадии 1 до предела пропорциональности Ơ_р связь между напряжением и деформациями подчиняется закону Гука (Ơ=Еε) – это стадия упругой работы.

Деформации происходят за счет упруго возвратных искажений кристаллической решетки и исчезают после снятия нагрузки.

 

Рис.1.4. Диаграмма растяжения стали и образование шейки

При дальнейшем увеличении нагрузки (стадия 2) появляются отдельные сдвиги в зернах феррита, дислокации начинают скапливаться около границ зерен; прямая пропорциональность между напряжениями и деформациями нарушается (участок упруго пластической работы между Ơ_р и Ơ_y). Последующее увеличение напряжений приводит к интенсивному движению дислокаций и увеличению их плотности, развитию линий сдвига в зернах феррита; деформации растут при постоянной нагрузке. На диаграмме появляется площадка текучести (стадия 3).

Протяженность площадки текучести низкоуглеродистых и некоторых низколегированных сталей составляет 1,5 – 2,5%.

Развитие деформаций происходит в результате упругого деформирования и необратимых пластических сдвигов. При снятии нагрузки упругая часть деформаций исчезает, а необратимая остается, приводя к остаточным деформациям (линия разгрузки идет параллельно упругой части линии нагрузки).

Дальнейшее развитие деформации сдерживается у границ зерен. Линии сдвига искривляются, движение дислокации затрудняется, и рост деформаций возможен только при увеличении нагрузки (стадия 4 – самоупрочнение), материал работает как упругопластический.

При напряжениях, близких к временному сопротивлению (Ơ_u) продольные и поперечные деформации локализуются в наиболее слабом месте, и в образце образуется шейка. Площадь сечения шейки интенсивно уменьшается, напряжения в месте сужения растут, поэтому, несмотря на то, что нагрузка на образец снижается, в месте образования шейки нарушаются силы межатомного

Сцепления и происходит разрыв.

Площадка текучести свойственна сталям с содержанием углерода 0,1-0,3%.

При работе конструкции в упругопластической области диаграмму работы стали Ơ ε можно упростить в сторону некоторого запаса и заменить идеализированной диаграммой упругопластического тела, совершенно упругого до предела текучести и совершенно пластичного после него (диаграмма Прандтля, рис.1.5.).

Рис.1.5. Идеализированная диаграмма работы стали

 

 

4) Работа стали при неравном распределении напряжений.

При высоких значениях напряжений в местах их концентрации, казалось, весьма рано должны были бы появиться пластические деформации. На самом деле этого нет, так как концентрация напряжений препятствует развитию пластических деформаций, затрудняя их продвижение.

Около пиковых точек с повышенными напряжениями располагается поле однозначных напряжений. Действительно, точка с повышенными, например растягивающими, напряжениями, связанная с соседними, увлекает их за собой и вызывает в них растягивающие напряжения, т. е. напряжения того же знака, что и в рассматриваемой точке. Соседние менее напряженные точки препятствуют деформации более напряженной; поэтому в последней пластические деформации могут развиться только при более высоких напряжениях. Повышенным неравномерно распределенным напряжениям соответствуют более высокие напряжения перехода в пластическое состояние. Поле однозначных напряжений требует более высоких напряжений для перехода в пластическое состояние, поскольку разности главных нормальных напряжений (пропорциональные касательным напряжениям, необходимым для появления пластических деформаций) получаются при этом малыми; только при очень больших значениях нормальных напряжений эти разности могут достичь величин, отвечающих переходу в пластическое состояние. Все это повышает опасность возникновения хрупкого состояния материала и хрупкого разрушения.

При разнозначных напряжениях, наоборот, пластичность появляется более рано.

Однако хрупкое разрушение возможно только при весьма больших нормальных напряжениях, так как одновременно с повышением предела текучести повышается и предел прочности (относительное удлинение, наоборот, уменьшается). Повышение предела текучести до предела прочности и совершенно хрупкое разрушение обычно не имеют места в металлических конструкциях, но разница между этими пределами может получиться небольшой, и тогда при малых удлинениях разрушение происходит достаточно внезапно, т. е. носит хрупкий характер. Почти все разрушения (образование трещин) в металлических конструкциях связаны с явлением концентрации напряжений; однако это явление в расчетах обычно не учитывается, так как повышение напряжений при явлении концентрации напряжений зависит не столько от силовых факторов, сколько от неправильностей формы элемента, т. е. по существу от дефектов конструкции, которые не могут быть учтены расчетом. При хорошем решении конструкции и при высоких основных напряжениях, зависящих от внешней нагрузки, концентрация напряжений будет мала; в конструкции с дефектами и при низких силовых факторах напряжения в точках концентрации могут быть велики. Таким образом, бороться с концентрацией напряжений нужно в первую очередь конструктивными мероприятиями.

Ярким примером перехода стали из пластического состояния в хрупкое могут служить испытания образцов с заточкой; по мере увеличения остроты заточки резко уменьшается удлинение (пластичность) и повышаются пределы прочности и текучести (рис. 11).

Неравномерное распределение напряжений может получиться не только из-за неправильностей формы напряженного элемента, но и в результате других причин, например при сосредоточенном приложении нагрузки. Под сосредоточенной нагрузкой возникают местные повышения напряжений, которые постепенно рассасываются по мере удаления от точки приложения нагрузки.

 

5) Методика расчета конструкций по предельным состояниям.

Металлические конструкции рассчитываются на силовые воздействия, смещения опор, температуру и другие воздействия по методу предельных состояний. Предельным называется такое состояние конструкции, при котором она перестает удовлетворять эксплуатационным и монтажным требованиям, т. е. теряет способность со­противляться внешним воздействиям или получает недопустимые деформации. Сечения по методу предельных состояний выбираются минимально необходимыми при воздействии на них максимально возможной силы в самых неблагоприятных условиях работы.

Металлические конструкции рассчитываются по двум группам предельных состояний: по потере несущей способности и по непригодности к нормальной эксплуатации. По первой группе предельных состояний произво­дятся расчеты на прочность, устойчивость и выносливость.

Расчет по первой группе предельных состояний производят для всех несущих конструкций без исключения.

По второму предельному состоянию производят расчеты по допустимым перемещениям (прогибам, осадкам, углам поворота, колебаниям и т. п.). По второй группе предельных состояний рассчитывают только те конструкции, у которых чрезмерные деформации или перемещения ограничивают возможности нормальней эксплуатации.

Нагрузки, воздействующие на металлические конструкции, в зависимости от продолжительности действия подразделяют на постоянные и временные. Временные в свою очередь подразделяют на длительно действующие, кратковременные и особые. К постоянным нагрузкам относят: собственную массу конструкций, массу покрытий, кровли, стен, давление грунтов, воздействие предварительного напряжения и др. К временным длительно действующим относят: массу временных перегородок, массу стационарного оборудования, нагрузку на перекрытия (складов, зернохранилищ и др.), а также длительные температурные техноло­гические воздействия. К кратковременным нагрузкам относят: массу людей и ремонтных материалов; нагрузки, возникающие при изготовлении, перевозке и возведении строительных конструкций; нагрузки от подвижного подъемно-транспортного оборудования (мостовых и подвесных кранов); снеговые, ветровые и гололедные нагрузки. К особым нагрузкам относят сейсмические и взрывные воздействия; нагрузки, вызываемые резкими нарушениями технологического процесса, и др.

В процессе эксплуатации сооружения подвергаются воздействиям различных нагрузок поэтому, согласно СНиП II-6-74, при расчете учитывают две категории сочетаний нагрузок: основные сочетания, состоящие из постоянных, длительных и кратковременных нагрузок; особые сочетания, состоящие из постоянных, длительных, возможных кратковременных и одной из особых нагрузок. При учете двух и более кратковременных нагрузок при расчете на основное сочетание нагрузок их сумма умножается на коэффициент сочетания, равный 0,9; при расчете на особое сочетание на 0,8. Особая нагрузка при этом принимается без снижения.

6) Расчетные сопротивления стали.

Расчетные сопротивления стали R находится при делении нормативного сопротивления R^H на коэффициент безопасности стали k_м:

R = (1/k_M)R^н.

Существуют два вида расчетных сопротивлений стали, так же как и у нормативных - предел текучести и временное сопротивление.

⇐ Предыдущая11121314151617181920Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: