Жб балка: Размеры ЖБ балки — Размеры Инфо

{{l10n_strings.DRAG_TEXT_HELP}}

{{article.content_lang.display}}

{{l10n_strings.AUTHOR_TOOLTIP_TEXT}}

Железобетонные балки перекрытия: виды и применение

Бетонная балка с армированием используется при строительстве производственных и жилых сооружений, разных конструкций для восприятия больших усилий, чаще всего связанных с изгибом. Балка ЖБИ дает возможность компенсировать высокие значения изгибающих моментов, гарантируя пропорциональное распределение усилий, длительный срок службы и надежность любой конструкции.

Часто балки используют при возведении фундамента под внутренними и капитальными стенами, в процессе формирования перемычек перекрытий, в процессе прокладки путей сообщения для трамваев, железнодорожного транспорта.

Балки бетонные со стальными стержнями внутри производятся в стандартных размерах, конструкции, установленных по нормативам. Все виды балок изготавливают из тяжелых бетонов, с обязательным упрочнением арматурным каркасом. Предварительно напряженная арматура, залитая в бетонный раствор марок М300-М500 обеспечивает повышенную устойчивость изделий, делающих возможной компенсацию изгибающих моментов и поперечных усилий.

ЖБ балки обладают такими преимуществами:

• Повышенный уровень прочности
• Стойкость к высоким температурам, открытому огню
• Стойкость к повышенному уровню влажности, коррозии
• Ускоренный и упрощенный монтаж
• Стойкость к изгибающим моментам, вибрационным нагрузкам
• Практичность и облегчение проектирования конструкций

Из недостатков балок ЖБИ стоит упомянуть лишь такие, как: высокая масса и необходимость привлекать спецтехнику для выполнения работ, высокий уровень теплопроводности (если сравнивать с деревом, к примеру), немалая стоимость.

Где используются

Железобетонные балки перекрытия используются на разных этапах строительства различных объектов, применяются в транспортной сфере и других, в процессе решения разнообразных задач.

Сфера применения ЖБ балок:

• Создание надежной опорной поверхности в процессе строительства стен
• Возведение опорного каркаса для перекрытия/кровли
• Строительство объектов крупнопанельных проектов, производственной сферы
• Формирование перемычек в зонах дверных/оконных проемов
• Устройство подкрановых путей, эстакад, мостов, разного типа подъездных дорог, аэропортов
• Прокладка магистралей сообщения для ж/д составов, трамваев

Железобетонная балка перекрытия используется повсеместно – там, где необходимо обеспечить высокую прочность и надежность конструкции, долговечность и стойкость к любым негативным факторам, высокую скорость монтажа.

Область применения балок

Чаще всего такие конструкции применялись для строительства промышленных объектов и зданий общественного назначения при использовании фундаментов стаканного типа. В настоящее время такие опорные элементы используются редко. Но балки не утратили свою актуальность. Они могут быть использованы в качестве ростверка для свайного или столбчатого основания каркасных строений.

Сборная технология имеет ряд преимуществ перед монолитом. Основным плюсом становится сокращение сроков выполнения работ, поскольку отпадает необходимость выжидать время твердения бетона.

Устройство фундаментных балок при возведении жилых частных домов характеризуется некоторыми сложностями:

• часто при строительстве индивидуального жилья используются нетиповые решения, использование элементов, изготовленных по серии (определенные размеры, сечение) затрудняется;
• типовые конструкции имеют слишком большие размеры, для их монтажа необходима большегрузная техника, что удорожает процесс строительства.

Перед началом работ важно учесть эти недостатки и учесть их последствия.

Предъявляемые требования к балкам

Современные ЖБИ балки отличаются по типу, форме, размеру, для каждого вида конструкции выставляются свои требования и нормативы.

Самые популярные сегодня балки – фундаментные и стропильные. Стропильная балка используется в строительстве крыши, фундаментная – основания. Абсолютно все виды ЖБ балок отличаются общими характеристиками (стойкость, прочность, долговечность, простота монтажа, надежность и т.д.).

Основные требования к балке ЖБ:

• Прочность – зависит от места использования балки и ее типа: для чердачных конструкций и разного типа жилых помещений установлены предельные нагрузки в 105 кг/м2, для межэтажных перекрытий и формирования цокольных этажей показатель равен 210 кг/м2.
• Жесткость – для чердачных конструкций показатель равен 1 к 200, для межэтажных перекрытий – 1 к 250.
• Тепло- и звукоизоляция – бетонная балка перекрытия должна обеспечивать соответствующие по требованиям к помещению (указываются в нормативных документах) параметры. Для повышения теплоизоляционных характеристик предполагается подбор типа заполнителя проемов между балками и обшивка самого элемента.

Все требования прописаны в ГОСТ 13015-2012. Периодические испытания железобетонных изделий по жесткости, прочности, стойкости к трещинам нагружением по ГОСТ 8829 проводятся до начала производства продукции в каждом случае внесения конструктивных изменений либо при усовершенствовании технологии производства.

Материал: преимущества и недостатки

Строительный материал отличается особой прочностью и длительными сроками эксплуатации.
ЖБИ балки отличаются такими плюсами:

• длительные эксплуатационные сроки;
• сопротивление к износу;
• выдержка перед атмосферными и климатическими показателями;
• высокий модуль прочности;
• индивидуальные формы и размеры;
• самостоятельный процесс изготовления.

К минусам относятся:

• большой вес;
• трудоемкая процедура расчета;
• необходимость в технике, обеспечивающей монтаж.

Виды

ЖБ балки перекрытия классифицируют по нескольким основным параметрам: ширина пролета, тип сооружения, шаг колонны. Также в расчет берут размер, конфигурацию, различные особенности конструкции. Так, по форме балки могут быть прямоугольными (стандарт), трапециевидными, тавровыми, двутавровыми, полыми.

Классификация балок по способу производства:

• Сборные железобетонные, которые производят в условиях завода – у них прямоугольное или тавровое сечение.
• Бетонные, которые отливаются непосредственно на объекте – обычно их используют для укрепления монолитных конструкций.
• Монолитно-сборные балки из бетона – сочетают оба метода.

По типу конструкции весь спектр изделий ЖБИ принято делить на: односкатные, обычные или решетчатые двускатные, стропильные с находящимися параллельно рельсовыми креплениями (они нужны для фиксации спецоборудования).

Сборные ЖБИ могут быть криволинейными либо ломаными. Применяются в создании надежных и прочных пролетов (где предполагаются большие нагрузки) – в цехах с крановой спецтехникой, складских помещениях, промышленных предприятиях и т. д.

Бетонные балки перекрытия по сфере применения:

• Обвязочные – для создания перемычек проемов между монолитами стен
• Двутавровые – применяются в строительстве разного типа крупнопанельных, промышленных зданий, так как гарантируют повышенный уровень прочности (и стоимость их высока)
• Решетчатые – для создания эстакад
• Подкрановые – для балансировки функционирования подъемных кранов
• Фундаментные – для формирования качественного сплошного основания
• Стропильные – из них делают кровлю зданий с одним этажом

Сегодня наибольшей популярностью пользуются такие разновидности (виды конструкций): тавровые, межэтажные (обычно прямоугольные) балки, которые равномерно распределяют на плиты перекрытий нагрузки, сохраняя их ровными. Тавровые бетонные конструкции используются в создании скатной/плоской кровли, гарантируют практичность, долговечность, надежность строения.

Назначение конструкций

Современные запросы строительства зачастую направлены на монолитные конструкции. Они необходимы для укладки плит, имеющих различную конфигурацию и размеры. Перекрытия бывают ребристыми и гладкими.

Основное требование, которое предъявляется железобетонным конструкциям, это высокие показатели несущей способности. Конкретные условия стройплощадки обуславливают размеры и технические характеристики балки.

Кавабанга! Какое отношение у вас к столбам из прессованного бетона

Маркировка и размеры

Все железобетонные балки маркируются по стандартам. Буквы обозначают типоразмер: железобетонные стропильные балки с находящимися параллельно поясами обозначаются буквосочетанием БСП, железобетонные балки стропильные односкатные обозначаются как БСО, двускатные – БСД. БП – это подстропильные балки.

Кроме букв, в маркировке также используют цифры. Стандартная маркировка предполагает обозначение, реализованное в трех группах букв и цифр. Обозначаются тип (буква), размер, перекрываемый пролет (указывается в метрах арабскими цифрами).

Также маркировка включает информацию про идентификацию категории в соответствии с несущей способностью, классом прутьев для армирования, марки бетона. Дополнительные характеристики (серия, особенности применения, нюансы конструкции и т.д.) также указываются.

Вне зависимости от сферы применения железобетонных балок, габариты, размеры обозначаются в трех параметрах. Расчет железобетонной балки осуществляется с использованием каждого из них.

Размеры и габариты балки – обозначение:

• Длина (L) – параметр должен превышать длину пролета на 40 сантиметров и выступать за края опорных частей минимум по 20 сантиметров на несущие стеновые конструкции.
• Высота (Н) – величина равна минимум 5% длины или составляет 1/20 ее часть.
• Ширина (В) – данный параметр соотносится с высотой в пропорции 5:7.

Серия и маркировка

Законодательство однозначно определяет серии и маркировку абсолютно всех железобетонных балок. Эти обозначения являются обязательными к нанесению на готовый продукт. Эта информация может указываться в сопроводительной документации. Зачастую для сооружения каркаса применяют бетонные профили с прямоугольным сечением. Они имеют маркировку Р.
ЧИТАТЬ Бетонирование двора частного дома: технология заливки

У однополочных типов конструкции стоит обозначение РО. При заказе двухполочного бетонного элемента маркировка на изделии или в техническом паспорте должна иметь вид РД. Если конструктивное решение не предусматривает наличия полки, то такая продукция обозначается буквами РБ. Для создания железобетонного балкона применяют балки, имеющие маркировку РКП.

Современные изделия отличаются между собой по типу, размеру и форме. Самыми популярными на сегодняшний день являются конструкции, предназначенные для создания фундамента и стропильной системы. Стропильная балка нужна для возведения крыши. Любые виды и типы железобетонных изделий имеют высокие эксплуатационные показатели, огнестойкость. Они не требуют особого ухода, а также ЖБИ относительно просто устанавливать.

Изготовление балок

Бетонная балка перекрытия – изделие, которое проще всего заказать уже готовым с завода. Но бывают случаи, когда появляется необходимость сделать балки самостоятельно – так, если доставить их в Москву с ближайшего завода несложно, то в дальние регионы порой доставка обходится слишком дорого.

Для производства железобетонных балок необходимо тщательно выполнить расчеты, составить чертежи. Сам процесс сравнительно несложный, но требует обязательного соблюдения технологии.

Процесс производства железобетонной балки:

• Создание опалубки из фанеры 1-2 сантиметра или деревянных досок толщиной 2.5-4 сантиметра. Опалубка выполняется того размера, который определен для балок. Внутренняя часть конструкции обклеивается пленкой.
• Армирование из 4 цельных стальных прутьев диаметра 12-14 миллиметра. В случае выполнения сопряжения обязателен нахлест в 80 сантиметров и обвязка этого места проволокой. Арматура располагается таким образом, чтобы со всех сторон ее окружал слой бетона толщиной минимум 5 сантиметров (обычно используют фиксаторы из пластика).
• Заливка опалубки бетонной семью марки минимум М300 – в один прием, беспрерывно. После заливки изделие накрывается гидроизоляционным материалом. При реализации работ в жаркую пору бетон поливают водой каждые сутки, созревает конструкция около 2 недель.

Таким образом можно изготовить балки любой конфигурации, размера – под любые типы перекрытий, для выполнения кровли, фундамента, создания пола, дверных или оконных проемов и т.д.

Усиление железобетонной балки перекрытия

Усиление готовой, находящейся в эксплуатации железобетонной конструкции может потребоваться в следующих системных случаях:

• Частичное разрушение и оголение арматурного пояса изделия, вследствие вредных атмосферных и других факторов.
• Надстройка дополнительных этажей или уровней (увеличение нагрузки на балку).
• Ошибки проектирования, приведшие к появлению предвестников разрушения сооружения: продольные и поперечные трещины, отслаивания и обрушения частей тела конструкции.

Технический смысл и суть усиления балок перекрытия заключается в увеличении сечения изделия или уменьшении величины нагрузки с помощью возведения дополнительных элементов: колонн (стоек), разгружающих кронштейнов и подкосов, портальных рам.

Увеличение сечения изделия производится с помощью:

• Наращивания тела балки бетоном снизу. Технология реализуется с помощью установки опалубки нижней части изделия, дополнительной арматуры и заливки бетонной смесью.
• Железобетонной обоймы. В этом случае опалубка устанавливается по всему периметру поперечного сечения по всей длине балки. В процессе установки опалубки формируется дополнительный арматурный пояс, связанный со штатным арматурным поясом. В конечном итоге, полученный «пирог» бетонируется тем или иным способом.

Также, строительные и строительно-ремонтные компании используют в своей практике усиления бетонных ЖБИ с помощью обвязки наружной поверхности балки стальным прокатом:

• листовой арматурой на полимерном растворе и анкерных болтах;
• тальных уголках приваренных к штатной арматуре;
• дополнительных арматурных стержнях расположенных в специально прорезанных пазах впоследствии залитых полимербетоном;
• стальных шпренгельных затяжках и затяжках из арматурной стали.

Стоит заметить, что выбор вида усиления балки перекрытия должен осуществляться по результатам обследования объекта и инженерного расчета.

Рекомендации по выбору

При выборе железобетонных балок необходимо ориентироваться на основные свойства и характеристики, нужные параметры. Среди основных обычно учитывают такие: паро/гидро/звукоизоляция, теплозащита, огнестойкость. Что касается размера и габаритов, то тут тоже важно определиться с главными показателями.

Конструкция ЖБИ должна максимально отвечать требованиям в соответствии с конструкцией элемента/сооружения. Так, для каркаса стен на фундамент столбчатого типа вес сплошного перекрытия по железобетонным балкам будет огромен. В то же время, пустотелые балки в сплошном доме не станут гарантией нужного уровня безопасности здания.

В процессе монтажа конструкции обязательно точно просчитывают все сжатые и растянутые зоны, влияющие на прочность железобетона.

В процессе сооружения межэтажной плиты арматура в ЖБ балках должна находиться именно в зонах растяжения. Это даст нужный уровень надежности.

Рекомендации

Вам могут быть интересны другие статьи из этой категории:

• все конструкции имеют нормативы изготовления и использования, ЖБ элементы не исключение. Железобетонные плиты перекрытия ГОСТ устанавливает длины, толщину, ширину и материал конструкции;
• какие виды фундаментов для частного дома являются самыми перспективными, долговечными и выгодными для конкретного здания и региона проживания; как работать с бетоном в морозы. Здесь поможет добавка для бетона противоморозная, которая позволяет цементировать при температуре до -30°С без электрического подогрева;

• в любом здании есть проёмы. Если знать размеры перемычек железобетонных для окон и дверей, можно предотвратить закладывание или расширение проёмов на этапе отделки;
• один из лучших и самых простых вариантов создания опалубки является разборная или неразборная пластиковая конструкция. Пластиковая опалубка для фундамента помогает добиться идеальной геометрии, прочности и устраняет различные дефекты строения;
• проектирование – это один из первых и основных этапов в строительной сфере. Проекты гаражей из пеноблоков помогут подобрать лучшую, комфортную и практичную планировку помещений;
• Железобетонные балки созданы для простой установки в высоконагруженных зданиях. От этапа заказа до монтажа плит проходит всего несколько дней. Строение удаётся возвести за считанные недели.

Монтаж и установка

Все работы с железобетонными балками выполняются сравнительно несложно. Их нужно уметь точно фиксировать, понимая особенности сооружения. В первую очередь, до установки выполняют подготовку – все осевые рейки покрывают краской, детали зачищают.

Обычно железобетонные балки устанавливают краном, поднимая их за предусмотренные при отливке монтажные петли, крепящиеся к стропам с двух сторон (с каждой по 2 крепежа). Размер строп зависит от длины самой балки.

Монтаж двутавровой балки осуществляется с транспортного средства: балка поднимается благодаря траверсным крюкам, поддерживается оттяжками (чтобы не ударить о колонну тяжелой конструкцией), при необходимости выравнивается домкратом.

Железобетонные подкрановые балки монтируются на подготовленные специальные прокладки, крепятся болтами. Потом выполняется геодезическая выверка и конструкцию фиксируют окончательно.

При условии правильного выбора на основе верных расчетов и качественного монтажа железобетонные балки способны обеспечить необходимые прочностные характеристики конструкции, гарантируя ей долговечность и надежность.

Виды фундаментных балок

При использовании элементов для жилых и промышленных зданий руководствуются двумя нормативными документами:

• ГОСТ 28737-90 содержит основную информацию относительно размеров конструкций, форм их сечения, маркировки, материалов, требований приемки, методов контроля качества и условий хранения и перевозки;
• серия 1.115.1-1.95 — указания к применению и рабочие чертежи балок для промышленных и сельских объектов;
• серия 1.115.1-1 — маркировка, применение, рабочие чертежи и требования к изготовлению элементов для жилых зданий.

Совет! Чаще всего заводы изготавливают балки по ГОСТу 28737-90 для промышленных зданий. Не стоит этого пугаться. Такие балки можно использовать и для жилых объектов.

Типы сечений фундаментных балок.

Согласно ГОСТ 28737-90 и сериям фундаментные балки под стены могут иметь типы сечений, представленные в таблице.

По ширине отклонение может составлять до 6 мм, а по высоте до 8 мм. Такие результаты не являются браком.

Как выбрать

Рандбалки таврового сечения.

Длина балки подбирается в зависимости от расстояния между фундаментами. К размеру необходимо прибавить запас на опирание с двух сторон. Размеры сечения выбираются в зависимости от нагрузки. При использовании изделий по индивидуальному заказу выполняется расчет.

Для типовых элементов чаще всего известна максимальная нагрузка (несущая способность). Ее можно уточнить на заводе изготовителе. При необходимости пользуются таблицами из серии. В них указаны рекомендуемые маркировки для разных конструктивных решений стен.

Материалы для изготовления

Основное сырье для фундаментных балок — тяжелый бетон. Марка подбирается в зависимости от расчетной нагрузки, длины элемента и типа арматуры. Армирование может быть с предварительным напряжением или без него. ГОСТ предписывает следующее:

• балки длиной до 6 м могут изготавливаться как с предварительным напряжением арматуры, так и без него;
• все элементы длиной более 6 м выпускаются с предварительно напряженным армированием.

Чаще всего заводы предлагают все балки с предварительно напряженной арматурой. Для таких изделий применяется бетон марок М250 — М350 (или классов В20 —В25).

Для армирования назначают стержни классов:

• АIII (А400), ВрI и ВрпI без предварительного напряжения;
• АIII (А400), АIV (А600) с предварительным напряжением.

Железобетонная балка — обзор

17.4.2 Усталость под действием силы сдвига

Когда железобетонная балка без арматуры стенок подвергается многократным нагрузкам и усталостное разрушение происходит по типу наклонной трещины, в которой преобладает сила сдвига (Глава 14), величина поперечной силы (Vuf) составляет около 60% от таковой при монотонном нагружении ( V _u ) [17-15].

Что касается армированной или частично предварительно напряженной бетонной балки с армированием стенок, поперечная сила (Vcrf) при появлении наклонной трещины при повторяющейся нагрузке также меньше, чем при монотонной нагрузке ( V _cr ). Отношение Vcrf / Vcr в основном зависит от усталостной прочности бетона на растяжение (ftf / ft), которая уменьшается с увеличением повторяющегося времени нагружения или усталостной долговечности ( N ). Напряжение арматуры стенки в балке достаточно низкое до появления наклонной трещины, поэтому армирование стенки слабо влияет на замедление растрескивания бетона.

Результаты испытания на усталость частично предварительно напряженной бетонной балки с преобладающей силой сдвига показаны на рис. 17-15, а сечение, материал и предварительное напряжение использованного образца такие же, как и в предыдущем (рис.17-13). Когда образец нагружается первым до V = 0,58 V _u , где V _u — предельное усилие сдвига того же образца при монотонном нагружении, на участке сдвига появляется наклонная трещина. (ближний конец луча). Затем образец выгружается и снова загружается повторно 2,81 × 10 ⁶ раз в диапазоне от нижней до верхней границы, что соответствует соответственно В _мин = 0,071 В _u и В _макс = 0 . 39 В _u . После этого верхняя граница повторной нагрузки увеличивается до V _max = 0,58 V _u , и образец выходит из строя с критической наклонной трещиной после повторения нагрузки 1,34 × 10 ⁶ раз и стремя утомлено и сломано. Общее время повторения нагрузки составляет 4,15 × 10 ⁶ .

РИС. 17-15. Испытание на усталость частично предварительно напряженной бетонной балки в наклонной трещине не удалось [17-18]

Когда балка нагружается первой, растягивающее напряжение хомута составляет только σ _sv <30 Н / мм ² и наибольшая сила сдвига переносится бетоном до появления наклонной трещины, но растягивающее напряжение, очевидно, возрастает, и доля сдвигающей силы, переносимой бетоном, соответственно уменьшается после образования наклонной трещины.Кроме того, растягивающее напряжение каждого хомута ( σ _sv , рис. 17-15) в пределах пролета сдвига значительно варьируется в зависимости от расположения, расстояния от наклонной трещины и ширины трещины поблизости. Наклонная трещина не закрывается после полной разгрузки ( V = 0), а остаточное напряжение стремени составляет 30–60 Н / мм ² .

Когда балка нагружается повторно с одинаковой амплитудой, напряжение хомута ( σ _sv ) и ширина наклонной трещины ( w _max ) под верхней границей нагрузки (или V _max ) аналогичным образом изменяются в зависимости от остаточного напряжения и ширины трещины под нижней границей (или V _min ).Они явно увеличиваются на ранней стадии (менее n ), но в дальнейшем имеют тенденцию постепенно стабилизироваться. Однако, если верхняя граница повторяющейся нагрузки увеличивается позже, напряжение, наклонная трещина и деформация балки немедленно увеличиваются и также имеют тенденцию к стабилизации в дальнейшем.

Наконец, усталостное разрушение балки происходит внезапно после повторения нагрузки Н раз с верхним пределом или пределом выносливости (Vmax = Vuf). Однако существует две категории разрушения балки с критической наклонной трещиной.Обычно одно из хомутов, пересекающихся с наклонной трещиной, ломается первым в результате усталости, и внезапно возникает большая ширина трещины и повышенное напряжение в соседних хомутах. После этого соседние хомуты последовательно ломаются, наклонная трещина расширяется и распространяется как вверх, так и вниз, а зона сжатия на секции постепенно уменьшается по мере повторения нагрузки. Наконец, балка выходит из строя вскоре после того, как бетон в зоне сжатия достигает усталостной прочности под действием сжимающих и касательных напряжений вместе.Другая категория усталостного разрушения обычно возникает у балки с меньшим содержанием арматуры. Продольная арматура балки разрушается в результате усталости под действием растягивающего напряжения и действия дюбеля (напряжения сдвига) вместе, после того, как сначала сломается хомут и наклонная трещина расширится. Это приводит к окончательному разрушению балки, но явных признаков разрушения в зоне сжатия бетона не обнаруживается.

Соотношение между пределом усталости сопротивления сдвигу (S = Vuf / Vu) и усталостной долговечностью ( N ) частично предварительно напряженной бетонной балки показано на рис.17-16, где V _u — предел прочности балки на сдвиг при монотонной нагрузке.

РИС. 17-16. S — N Диаграмма прочности на сдвиг для частично предварительно напряженной бетонной балки [17-18]

Обычно сначала проектируется элемент конструкции, на который преобладает сила сдвига и на который действует повторяющаяся нагрузка, и определяются размер сечения, арматура и скоба для соблюдения предела прочности, следуя методу предельного состояния (глава 14).После этого проверяется усталостное сопротивление балки сдвигу, и могут использоваться различные принципы и методы расчета.

Значения повторных нагрузок. То же, что используется для проверки усталостной прочности на изгиб (раздел 17.4.1).

Требование к поверке. Если возникновение наклонной трещины не допускается для предварительно напряженного бетонного элемента, максимальное главное (растягивающее) напряжение бетона при максимальной повторяющейся нагрузке должно удовлетворять:

(17-6) σc1f≤ftf.

Поскольку растрескивание бетона допускается для железобетонного элемента под эксплуатационной нагрузкой, номинальное напряжение сдвига (υf) в зоне изгибного растяжения рассчитывается по распределению напряжений по сечению (Рис. 14-15, Раздел 14.3.3 [14- 15] 14.3.3) также является основным растягивающим напряжением бетона ( σ ₁ ). Усталостную прочность хомута для балки не нужно проверять, если напряжение сдвига при повторяющейся нагрузке составляет

(17-7) υf≤0,6 футс.

Однако, если напряжение сдвига υf> 0.6ftf присутствует в обеих концевых частях элемента, необходимо проверить усталостную прочность хомута и изогнутой арматуры.

Расчет напряжений при усталостной нагрузке. Обычно для расчета используется упрощенная формула, основанная на модели балки или фермы (см. Раздел 14.3.3), но в конструктивных нормах различных стран предусмотрены разные формулы.

Расчет сечения железобетонной балки

Добро пожаловать в наш бесплатный калькулятор сечения армированной балки.Этот мощный инструмент может рассчитать прочность (или допустимую нагрузку) на сдвиг и изгиб широкого диапазона сечений балки. Это чрезвычайно быстрый и точный способ проверить результаты или, возможно, рассчитать начальные размеры сечения балки путем проб и ошибок при различных комбинациях сечений. Этот калькулятор бетонной балки рассчитает расчетную нагрузку для двутавровой балки (lvl), тавровой балки и прямоугольных сечений с армированием.

Калькулятор сечения арматурной балки — это очень простой инструмент, который является небольшой частью нашего полнофункционального программного обеспечения для проектирования железобетонных балок, предлагаемого SkyCiv.Это программное обеспечение будет отображать полный отчет и рабочий пример расчетов конструкции железобетона в соответствии со стандартами проектирования ACI, AS и Eurocode. Эти результаты включают проверки крутящего момента, сдвига, детализацию и осевые требования. Полная версия также позволяет пользователям добавлять дополнительные слои арматуры (включая верхние слои), а также срезные хомуты.

Как и другие наши калькуляторы, этот калькулятор прочности железобетонной балки очень прост в использовании. Начните с простого ввода «Добавить / редактировать секцию», чтобы добавить секцию главной балки.Как только это будет завершено, вам нужно будет добавить стальные арматурные стержни (или аналогичные), нажав «Добавить / изменить стальную арматуру». Также имеется кнопка «Настройки», с помощью которой вы можете редактировать параметры, используемые калькулятором, такие как арматура и прочность бетона. Используйте приведенную ниже схему в качестве ориентира для определения размеров секции.

Этот калькулятор арматуры (также известный как составной калькулятор) в настоящее время проходит бета-тестирование, поэтому, пожалуйста, оставляйте отзывы или ошибки в разделе комментариев ниже.

Получите больше возможностей в нашем полном программном обеспечении для проектирования железобетона на основе проектных кодов ACI 318, AS 3600 и Еврокода 2.

Расчет из железобетона в соответствии с ACI Concrete, AS 3600 или Еврокод 2 Стандарты проектирования бетона

I _xx = момент инерции относительно оси x
I _yy = момент инерции относительно оси y
Центроид (X) = Расстояние от самого дальнего левого угла секции балки до центроида секции.
Центроид (Y) = Расстояние от нижней части секции балки до центроида секции.
Q _x = Статический момент площади вокруг оси x
Q _y = Статический момент площади вокруг оси y
Z _x = Модуль упругости сечения относительно оси x
Z _y = Модуль упругости сечения относительно оси Y

Бетонная балка [проектирование и детализация]

Бетонная балка — один из основных элементов конструкции. Бетонные колонны и бетонные плиты — еще один наиболее часто используемый элемент в строительстве.

Существуют и другие типы балок, помимо бетонных, которые используются в строительстве. Для получения дополнительной информации о различных типах балок можно обратиться к статье типы балок .

Есть разные категории для железобетонных балок. Их можно разделить на следующие категории.

• Прямоугольная балка
• Фланцевая балка

Другие типы классификации могут рассматриваться как

• Железобетонные балки
• Сборные железобетонные балки — с армированием балки
• Предварительно напряженные балки — (Последующее натяжение и предварительное натяжение)

Это упрощает выбор балки подходящего размера для анализа и проектирования.

Как проанализировать бетонную балку, чтобы найти арматуру балки

При анализе бетонной балки можно выполнить следующие шаги.

• Рассчитайте нагрузки от плиты (собственные и временные нагрузки)
• Рассчитайте нагрузку от стен, которые находятся на балке
• Создайте сочетания нагрузок .
• Рассмотрите альтернативную нагрузку, если есть различия в пролетах и ​​нагрузках.
• Анализ балки можно выполнить вручную или с помощью программного обеспечения.
• Перераспределение моментов выполняется по мере необходимости и в пределах допустимых пределов соответствующего стандарта.

Расчет бетонной балки

Бетонная балка должна быть спроектирована для достижения предельного состояния и предельного состояния эксплуатационной пригодности.

Изначально мы проектируем балку для максимального предела и находим усиление балки.

Затем проверяем состояние предела работоспособности. В предельном состоянии работоспособности проверяем балку на прогиб и трещины.

Кроме того, следует обратить внимание на чрезмерное усиление секции и недостаточное усиление секции.

Избыточное армирование

Обеспечение большего армирования, чем требуется по проекту, означает излишнее армирование. Это приводит к уменьшению деформации стали и замедлению текучести или снижению деформации текучести стали.Однако деформация бетона увеличится.

Разрушение бетона приводит к внезапному обрушению конструкции без предупреждения. Когда подкрепление уступит место, будет предоставлено больше предупреждений.

Трещины в балках, чрезмерный прогиб и т. Д. Предупреждают нас об обрушении.

Недостаточное армирование

Недостаточное армирование секции — это недостаточное армирование.

В этих ситуациях арматура приводит к чрезмерному прогибу и растрескиванию конструкции.

Детализация армирования бетонных балок

Существуют требования по работе с бетонными балками.

Все правила детализации должны выполняться в соответствии с соответствующими стандартами.

Некоторые из важных правил детализации, предусмотренных в BS 8110-1-1997 , следующие.

• Минимальный процент армирования для прямоугольной балки при f _y = 460 Н / мм ²

100As / Ac = 0,13

• Армирование минимальным сжатием (если такое усиление требуется для предельного уровня прочности) ; fy = 460 Н / мм ² )

100As / Ac = 0.4

• Максимальная площадь арматуры балки

Ни площадь растянутой арматуры, ни площадь сжатой арматуры не должны превышать 4% от площади поперечного сечения бетона.

• Звенья для удержания арматуры сжатия балок (где арматура сжатия требуется для расчета предельного состояния по конечному состоянию)

Звенья — по крайней мере, четверть размера самого большого сжатого стержня или 6 мм, в зависимости от того, какая терка

Максимальное расстояние — В 12 раз больше размера наименьшей сжатой балки

• Расположение звеньев для удержания сжатой арматуры балки (где сжатая арматура требуется для расчета предельной ступени)

Ни одна балка в зоне сжатия не должна располагаться дальше 150 мм от балки. сдержанная планка.

Боковое усиление должно быть предусмотрено, если глубина балки превышает 750 мм.

Максимальное расстояние между боковыми планками не должно превышать 250 мм.

Они должны обеспечивать 2/3 высоты балки на глубину, измеренную от натянутой поверхности.

Минимальный размер стержня должен быть меньше √ (s _b b / f _y ) , где s _b — расстояние между стержнями, а b — ширина секции или 500 мм, если b превышает 500 мм. .

• Свободное расстояние между натянутыми стержнями

Ни один стержень продольного натяжения не находится на расстоянии более 150 мм от вертикального плеча тяги.

• Максимальное количество арматуры в слое, включая натяжные нахлёстки cl 3.12.8.14

При нахлестах сумма размеров арматуры в конкретном слое не должна превышать 40% ширины сечения на этом уровне .

Расчет армирования бетонной балки — рабочий пример BS 8110 1 — 1997

Расчетные данные

• Балка с простой опорой
• Собственная нагрузка 20 кН / м
• Динамическая нагрузка 10 кН / м
• Пролет балки 6 м Ширина
• балки 300 мм
• Глубина балки 500 мм
• Характеристическая прочность бетона 25 Н / мм ²
• Характеристическая прочность стали 460 Н / мм ²

Предельная расчетная нагрузка = 1. 4 x 20 + 1,6 x 10 = 44 кН / м

Предельный изгибающий момент = wl ² /8 = 44 x 6 ² /8 = 198 кН / м

Расчет эффективной глубины

Принять диаметр стержня 20 мм, звенья 10 мм, крышка 25 мм

Эффективная глубина = 500 — 25 — 10 — 20/2 = 455 мм

K = 0,128

K

Z = 377,2 мм

M / bd2 = 3,188 Н / мм ²

100As / bd = 0,880

As = 1201 мм ²

Расчетное усилие сдвига = 44 x 6/2 = 132 кН

Напряжение сдвига = V / bd = 0.733 Н / мм ²

Прочность на сдвиг = Vc = 0,606 Н / мм ²

V 2

Предоставьте номинальные звенья сдвига.

Положения об испытаниях и проектировании железобетонных балок, усиленных на сдвиг с использованием листов и полос из стеклопластика | Международный журнал бетонных конструкций и материалов

Наиболее вероятным определяющим видом разрушения для железобетонных балок, усиленных сдвигом с EB FRP, является нарушение сцепления FRP. Отслоение FRP в основном происходит в конфигурациях FRP с боковым соединением и U-оболочкой. Были идентифицированы несколько основных факторов, которые влияют на отслоение FRP и, следовательно, вклад FRP в сопротивление сдвигу (например, модель связи, эффективная деформация FRP, угол сдвига трещины и эффективная длина анкерного крепления FRP). Большинство упомянутых факторов были задействованы при разработке стандартных кодексов и руководств. С другой стороны, есть еще несколько ключевых факторов, которые еще не учтены стандартными кодексами и руководящими принципами.В Таблице 3 перечислены основные параметры и статус их применения в действующих нормах и руководящих принципах основных стандартов проектирования.

Структура трещин в RC-балке

Экспериментальные испытания, проведенные Пеллегрино и Модена (2002) и Чааллалом и др. (2002) продемонстрировали, что для железобетонных армированных или неусиленных балок с FRP картина сдвига-трещины имеет тенденцию более распределяться в пролете сдвига в присутствии внутренней поперечной стали по сравнению с таковой для железобетонных балок с небольшой или нулевой арматурой сдвига. .На рисунках 2, 4a, 5a и b показаны образцы NT-RF-0, NT-SH-100, WT-RF-0 и WT-SH-100 из экспериментальной части текущего исследования. Образец NT-RF-0 (рис. 2), без усиления сдвига, разрушился вдоль одной линии трещины. Образец NT-SH-100 (рис. 4b) был усилен на сдвиг одним слоем листа EB FRP. Этот образец разрушился с одной большой трещиной сдвига и несколькими дополнительными поверхностными трещинами сдвига (в бетонном покрытии), которые соединились с основной трещиной сдвига в бетонном ядре. Это привело к отслаиванию FRP, прикрепленного к куску бетонного покрытия.Образец WT-RF-0 (рис. 5a), с поперечной стальной арматурой и без EB FRP, вышел из строя с одной большой трещиной сдвига и несколькими небольшими трещинами сдвига. Образец WT-SH-100 (рис. 5b) был усилен как внутренней поперечной сталью, так и одним слоем листа FRP. Как ясно показано на рис. 5b, образец WT-SH-100 разрушился с распределенным сдвигом с множеством трещин.

Отсюда следует, что отслаивание EB FRP обычно начинается из-за трещины сдвига в зоне трещин в бетоне.Это происходит главным образом потому, что закрепление волокна FRP нарушается трещинами. Между тем, напряжения связи достигают максимума у ​​волокон, пересекающих трещину сдвига. Концентрированное напряжение сцепления передается от трещины, в результате чего образуется локально разорванная область. В конечном итоге отказ крепления FRP распространяется до тех пор, пока оставшаяся длина привязки FRP не станет меньше, чем эффективная длина привязки FRP. Этот вопрос более подробно обсуждается в Mofidi and Chaallal (2011c).

Считается, что растрескивание влияет на процесс отслаивания, поскольку приводит к потере сцепления в непосредственной близости от трещины. Таким образом, можно сделать вывод, что более распределенная структура растрескивания может ускорить расслоение FRP и привести к преждевременному разрушению при сдвиге.

Халифа и др. (1998) показали, что, допуская рисунок линии с единственной трещиной, некоторые волокна с длиной анкеровки меньше эффективной длины скрепления отслаиваются раньше, чем остальные волокна. Они рекомендовали игнорировать эти волокна при расчете сдвигового вклада FRP.Таким образом, Khalifa et al. (1998) предложили эффективную ширину, w _fe , для рисунка из линий с единственной трещиной. При многолинейном растрескивании длины анкеровки волокон из стеклопластика не могут быть рассчитаны с использованием предложенных уравнений для однолинейного рисунка трещин, потому что в структуре трещин, состоящих из нескольких линий и сдвигов, имеется несколько нерегулярных пересечений волокон. Это затрудняет определение эффективной ширины волокон, которые имеют минимальную эффективную длину анкеровки.В настоящей статье предлагаются новые уравнения для расчета эффективной ширины FRP, предполагая, что структура трещин в виде нескольких сдвиговых трещин в RC-балках, усиленных на сдвиг с помощью EB FRP. Новый коэффициент, k _c , который преобразует эффективную ширину балки с многолинейным рисунком растрескивания в эквивалентную эффективную ширину балки с однолинейным рисунком растрескивания под 45 °.

Влияние поперечной стали на вклад FRP

на сдвиг На рис. 7b показаны кривые зависимости приложенной нагрузки от деформации в стальных хомутах для испытанных образцов с поперечно-стальной арматурой.Экспериментальные исследования (Pellegrino, Modena 2002; Chaallal et al. 2002, 2011; Bousselham and Chaallal 2004; Mofidi and Chaallal 2011b; Mofidi et al. 2012a, b) показали, что эффективность композитов FRP снижается при наличии внутреннего сдвига. -стальная арматура. Было четко установлено, что вклад FRP в сопротивление сдвигу зависит от количества внутренней стальной арматуры сдвига. Однако, как можно увидеть в таблице 3, ни один из стандартных кодов и руководящих принципов еще не рассматривал влияние поперечной стали на уравнения для вклада сдвига FRP.

Как упоминалось ранее, вклад FRP в сопротивление сдвигу в первую очередь связан с качеством связи между FRP и бетоном. Связь FRP-бетон в основном регулируется длиной анкерного крепления FRP. Однако большее количество поперечного армирования (сталь + FRP) приводит к более распределенной картине растрескивания и, следовательно, к более короткой доступной длине анкеровки волокон FRP. Таким образом, для образцов, усиленных поперечной стальной арматурой, сила связи и, следовательно, вклад EB FRP в сопротивление сдвигу уменьшаются по сравнению с образцами без поперечной стальной арматуры.

Предлагаемая концептуальная модель

В этом разделе предлагается расчетная модель для расчета вклада FRP в сопротивление сдвигу RC-балок, усиленных на сдвиг с помощью EB FRP. В этой модели уменьшающееся влияние внутренней поперечной стали и распределенная структура трещин сдвига количественно оцениваются с помощью предложенных уравнений.

На рис. 9a и b представлена ​​схематическая конфигурация балки, модернизированной на сдвиг с помощью соединенного по бокам FRP EB. На основании экспериментальных наблюдений (например,g., неудавшийся образец в текущем исследовании), область отслоения FRP может быть определена как трапециевидная область, как показано заштрихованной областью на рис. 9a для бокового крепления EB FRP и на рис. 9c для U-куртки EB. FRP. Схематическая конфигурация, показанная на рис. 9, представляет собой картину трещин с множественными сдвиговыми трещинами. Ранее упоминалось, что связующий эффект нескольких трещин, пересекающих FRP, нелегко определить и, следовательно, недостаточно хорошо задокументирован. В качестве альтернативы, эквивалентная прямоугольная область, предполагающая одиночную трещину под углом 45 °, использовалась для замены предполагаемой трапециевидной области соединения в распределенной многолинейной структуре трещин сдвига (рис.9б, г). Размеры эквивалентной прямоугольной области равны эффективной длине FRP и эффективной ширине FRP. Концепция эффективной длины FRP уже была установлена ​​и определяется как длина FRP, за которой сила сцепления не будет увеличиваться. Эффективная длина связи может быть рассчитана с помощью уравнения Neubauer and Rostásy (1997):

, где f _ct — предел прочности бетона на разрыв. Вместо f _ct , уравнение Мирзы и др.(1979) можно рассчитать как функцию от fc ′ следующим образом:

Типичная конфигурация эффективной ширины FRP в Т-образных балках из Ж / Б с непрерывным листом FRP EB: a площадь соединения для боковых сторон. склеенный FRP, b эквивалентная площадь склеивания для бокового склеивания, c зона склеивания для U-оболочки и d эквивалентная зона склеивания для U-оболочки.

При расчете эффективной ширины FRP w _fe , структура растрескивания, как предполагалось, является функцией количества внутренней поперечной стали и внешней арматуры из стеклопластика EB FRP, измеренной по их соответствующей осевой жесткости. Как упоминалось ранее, структура растрескивания сильно влияет на длину закрепления волокон FRP. По мере того, как растрескивание становится более распределенным, меньшее количество волокон обеспечивает полную эффективную длину анкеровки. В результате эффективная ширина, то есть ширина тех волокон, которые достаточно длинные для достижения эффективной длины анкеровки, уменьшается. Используя регрессионный анализ, основанный на результатах экспериментальных испытаний, доступных в литературе (см. Базу данных Bousselham and Chaallal 2004), эффективная ширина определяется как функция суммы осевых жесткостей поперечной стальной арматуры и листов FRP из EB. (см. рис.10, 11):

wfe = 0,6ρf · Ef + ρs · Es × dfforU-Куртки

(3)

wfe = 0,43ρf · Ef + ρs · Es × dfforsidebonded

(4)

с w _fe , коэффициент модификации растрескивания может быть введен как kc = wfewfedfdf, т. е.

kc = wfedf = 0,6ρf · Ef + ρs · EsforU-Jackets

(5)

kc = wfedf = 0.43ρf · Ef + ρs · Esforsidebonded

(6)

Коэффициент растрескивания, kc = отношение wfe / df , в сравнении с осевой поперечной жесткостью стали плюс осевой жесткостью FRP для конфигурации с боковым соединением.

Коэффициент растрескивания, kc = отношение wfe / df , в сравнении с осевой поперечной жесткостью стали плюс осевой жесткостью FRP для конфигурации U-оболочки.

Сила сдвига сцепления между стеклопластиком и бетоном затем может быть рассчитана путем умножения эквивалентной прямоугольной площади сцепления на напряжение сдвига сцепления ( τ _eff = βfc ′).Эффекты k _w , который включает w _f / с _{f Соотношение} полос FRP и k _L для балок с длиной анкерного крепления меньше эффективной длины учитываются в уравнении для эффективной деформации:

kckLkwLewfeτeff = tfwfeEfεfe

(8)

и, следовательно:

εfe = kckLkwτeffLetfEf = 0. 31kckLkwfc′tfEf≤0,005.

(9)

Коэффициенты k _L и к _w можно рассчитать по формулам. (10) и (11):

kL = 1, если λ≥1 (2-λ). Λifλ <1λ = LmaxLe

(10)

квт = 1 + wfsf-1221-wfsf-122,

(11)

, где w _f и s _f — это ширина и расстояние между полосками EB FRP, а L _max — максимальная доступная длина FRP согласно формуле:

Lmax = dfsinαforU-jacketsdf2sinαforsideplate.

(12)

Вклад FRP в сопротивление сдвигу рассчитывается как функция от ε _fe , используя следующее уравнение, которое учитывает влияние угла растрескивания, θ :

Vf = 2tf · wf · εfe · Ef · (cotθ + cotα) · sinα · dfsf = ρf · Ef · εfe · b · df · (Cotθ + cotα) · sinα.

(13)

Обратите внимание, что в случае непрерывного листа FRP ширина FRP, w _f , а шаг с _f , можно принять равным единице.

Для конфигурации полного обертывания вклад FRP на сдвиг может быть рассчитан с помощью уравнения. (13), принимая эффективную деформацию равной 0,75 ε _u ≤ 0,005. Максимальная эффективная деформация FRP ограничена 0,005 в соответствии с положениями CNR-DT200 (2004) (пункт 4.3.3.2).

54. Разрушение железобетонной балки

Железобетонная балка (ЖБИ) проявляет три режима на стадии разрушения: разрушение при растяжении, разрушение при сжатии и сбалансированное разрушение.Хотя каждый конструктор пытается добиться сбалансированного отказа, это не так легко осуществить, так как существует множество факторов, которые влияют на поведение RC-балки. В этом сообщении блога освещены три типа неудач.

На рисунке 1 выше показано поведение железобетонной балки при двухточечной нагрузке. Когда материалы находятся в линейно-упругой области, напряжения и деформации показаны на рисунках 1 (b) и 1 (c).Когда нагрузки постепенно увеличиваются, балка начинает образовывать различные типы трещин, как показано на рисунке 1 (d). Как только приложенное напряжение начинает выходить за пределы предела упругости материалов, распределение напряжений начинает проявлять нелинейность. На рис. 1 (е) показано распределение напряжений в стали и бетоне в упругой области и соответствующая деформация; тогда как на рисунке 1 (f) показано распределение напряжений и деформаций после упругой области до тех пор, пока внешнее волокно бетонной балки в области сжатия не достигнет предельной деформации 0.003 и начинает давить. Различное поведение RC-балки и типы соответствующих типов отказов обсуждаются в следующем разделе.

Отказ от натяжения

Недостаточно армированная балка приводит к разрыву секции при растяжении. Когда содержание стали при растяжении в секции невелико, сталь достигнет предела текучести f _y , прежде чем бетон достигнет своей максимальной прочности. Учитывая, что стальной материал является эластичным и идеально пластичным, сила, действующая на сталь, остается постоянной и после этого равна A _s f _y .При дальнейшем увеличении нагрузки в стали происходит значительное пластическое удлинение, и начинают образовываться трещины изгиба, что приводит к широкому растрескиванию и большому увеличению деформации в волокнах экстремального сжатия в бетоне [1]. При таком увеличении деформации распределение сжимающих напряжений в бетоне становится явно нелинейным, что приводит к увеличению среднего напряжения в блоке сжимающих напряжений и, поскольку необходимо поддерживать равновесие внутренних сил, уменьшению глубины нейтральной оси. [1].Уменьшение глубины нейтральной оси вызывает небольшое увеличение плеча рычага, следовательно, и момента сопротивления [1]. Прочность на изгиб секции (максимальный момент сопротивления) достигается, когда напряжение в волокнах с экстремальным сжатием бетона составляет приблизительно 0,003. При дальнейшем увеличении деформации момент сопротивления в конечном итоге уменьшается, и в сжатой области бетона начинается дробление [1]. На рис. 2 показано изменение формы бетонного напряженного блока во время нагружения до предела прочности на изгиб.Разрушение инициируется податливостью стали, работающей на растяжение. Следует отметить, что сталь не разрушается при прочности на изгиб секции, если содержание стали не является чрезвычайно низким, поскольку для возникновения разрушения требуется очень высокая деформация стали, связанная с чрезвычайно малой глубиной нейтральной оси.

Для разрыва напряжения, f _s = f _y где, f _y — предел текучести стали.

Тогда для равновесия C = T. Следовательно, 0,85fc’ab = As fy

А, а = (A s f y) / (0.85fc’ab)

Следовательно, момент сопротивления или моментная нагрузка одноармированного сечения балки можно записать как

Mu = As fy (d-0.5a)
= As fy (d- (0,59As fy) / (fc’b))

Отказ сжатия

Если содержание стали в секции велико, бетон может достичь максимальной прочности до того, как сталь подойдет. В таком случае глубина нейтральной оси значительно увеличивается, вызывая увеличение сжимающей силы [1]. Это вызывает небольшое уменьшение плеча рычага момента. Прочность на изгиб секции достигается, когда деформация крайних волокон сжатого бетона приближается к 0.003, что приводит к хрупкому выходу из строя секции, то есть без какого-либо предупреждения.

Если сжатие не произошло, fs Рис. 4.

ε с / 0,003 = (d-c) / c ∴ ε с = 0,003 (d-c) / c

Следовательно, f с = ε с E с = 0,003 (d-c) / c E с.

Поскольку, a = β 1 c;

f с = 0,003 ((β 1 d-a)) / a E с

И, таким образом, предельная вместимость участка

Mu = 0,85fc ’ab (d-a / 2)

Сбалансированный отказ

При определенном присутствии бетона в секции сталь достигает предела текучести fy, а бетон в крайних волокнах одновременно достигает деформации 0,003.

В таком случае εs = fy / Es, и участок называется сбалансированным, а отказ называется сбалансированным отказом.

ε с / 0,003 = (d-c) / c
(f y / E s ) / 0,003 = (d-c) / c

Где c = глубина нейтральной оси для сбалансированного отказа.

c = (0,003E с ) / ((0,003E с + f y )) d
Или,
a = (0,003E с ) / ((0,003E с + f y )) β 1 d

Где, а = глубина эквивалентного прямоугольного блока напряжений для сбалансированного разрушения.

M u b = 0.85f c ‘ab (d-a_b / 2)

Кроме того, процентное соотношение растягивающей арматуры для сбалансированного разрушения можно рассчитать как:

ρ = A с / шк

Из равновесия, C = T

0,85fc ‘ab = A s f y = ρ bd
ρ = (0,85f c ‘ ab) / (f y d)
Или
ρ = (0,85fc ‘β 1 ) / f y ((0,003E с )) / (0,003E с + f y )

Резюме: Железобетонная балка может иметь три вида разрушения. Когда растягивающая арматура относительно небольшая, арматура поддается до того, как произойдет дробление бетона, и разрушение является разрывом при растяжении. Этот отказ носит пластичный характер. Если секция балки армирована относительно большим количеством арматуры, бетон разрушается раньше, чем стальная арматура поддается.Поскольку бетон — хрупкий материал, разрушение приводит к внезапному обрушению конструкции. И, если податливость арматуры при растяжении и раздавливание бетона при сжатии происходит одновременно с этапом нагружения, разрушение называется сбалансированным. Этот режим отказа во многом похож на идеальную концепцию, потому что существует множество факторов, влияющих на режим отказа. Таким образом, большая часть кодов проектирования предписывает использование арматуры немного ниже, чем уравновешенное состояние, чтобы предотвратить внезапное разрушение конструкций.

Артикул:

[1] Мартинес С. и Нильсон А. Х. (1984, сентябрь). Спирально армированные колонны из высокопрочного бетона. В Журнале (Том 81, № 5, стр. 431-442).

[2] Park, R., & Paulay, T. (1975). Железобетонные конструкции. Джон Вили и сыновья.

Нравится:

Нравится Загрузка …

Несущая способность железобетонной балки, исследованная оптическими методами измерения

Испытательная установка

Расчет балки

Железобетонная балка была спроектирована в соответствии с DIN EN 1992-1-1 (Еврокод 2) [24] без частичные коэффициенты запаса прочности по свойствам материала и воздействиям соответственно.Балка была рассчитана на результирующий момент при испытании на четырехточечный изгиб с учетом граничных условий имеющейся испытательной машины с точки зрения максимальной нагрузки (100 кН) и максимального пролета (3 м). Полученная статическая система представлена ​​на рисунке 1.

Статическая система и поперечное сечение балки

Эталонный бетон C (0,45) с максимальным размером заполнителя 16 мм в соответствии с согласно DIN EN 1766 [32] использовался для отливки балки. {2}} \). Верхнее армирование не потребовалось, так как балка была рассчитана на разрушение при чистом изгибе без разрушения бетона в зоне сжатия. С учетом этих граничных условий предел текучести арматуры достигается при ок. 60 кН. На рис. 2 показано положение арматуры балки и отливка соответствующей балки.

Балка была спроектирована без поперечной арматуры, чтобы избежать уменьшения поперечного сечения бетона вокруг хомутов и, следовательно, избежать заранее заданного растрескивания в этих областях.Расчетная сила сдвига балки при максимальной нагрузке ниже расчетной допустимой силы сдвига без скоб (\ (V_ {Ed} \ le V_ {Rd, c} \)). Следовательно, нежелательного разрушения при сдвиге не произойдет.

Гибочная балка: a Положение стальных стержней; b Форма перед заливкой балки

Загрузка и сбор данных

Конструкционные элементы, такие как мостовые балки, рассчитаны на то, чтобы выдерживать приложенные нагрузки и собственный вес в широком диапазоне. Это приводит к почти постоянным растягивающим напряжениям на больших расстояниях в зоне растяжения. Чтобы вызвать сравнимую нагрузку в лабораторном эксперименте, балка была подвергнута испытанию на четырехточечный изгиб, в результате чего в средней части балки был получен постоянный изгибающий момент без поперечных сил.

Пролет балки составлял 275 см, обеспечиваемый двумя опорами на основании силовой рамы сервогидравлической испытательной машины. Жесткая поперечная балка передавала усилие гидравлического привода, встроенного в верхнюю траверсу машины, на два нагрузочных штифта на верхней поверхности балки.Размах загрузочных штифтов составлял 75 см. Чтобы избежать неожиданных движений или внезапного отказа балки, нагрузка была приложена с постоянной скоростью перемещения (см. Рис. 3). Контрольной переменной был ход поршня, который измерялся датчиком перемещения, установленным в гидравлическом приводе. Результирующая сила была измерена датчиком нагрузки 100 кН, установленным между поперечной балкой и штоком поршня. Деформация балки измерялась между нижней поверхностью балки и основанием силовой рамы машины с помощью трех LVDT.Два датчика были расположены непосредственно рядом с подшипниками, а один — в середине балки (см. Рис. 4). Таким образом устраняются возможные влияния деформаций силовой рамы или опор.

Скорость нагружения, результирующая сила и шаги нагружения. Шаги нагружения, выделенные черным цветом, соответствуют интервалам измерения DOFS, которые подробно обсуждаются

Балка, установленная в испытательной машине, и примененные измерительные системы

После приложения предварительной нагрузки 0.25 кН и коррекция смещения датчиков смещения и тензодатчика, первое измерение фотограмметрических измерительных систем и волоконно-оптических датчиков было проведено с помощью триггера, отправленного вручную. Это первое измерение служит ориентиром для следующих измерений. Дальнейшие измерения системы DIC проводились с помощью автоматических триггерных сигналов, которые отправлялись с сервогидравлической испытательной машины с интервалами около 5 секунд. Кроме того, измеренная сила передавалась в систему ДИК с помощью сигнала напряжения.Система FBG позволяет проводить измерения с постоянной частотой дискретизации 10 Гц.

Низкая скорость перемещения 0,2 мм / мин применялась в начале для детального изучения образования микротрещин. Таким образом, обе фотограмметрические измерительные системы срабатывают через каждые 0,013 мм смещения поршня. Поскольку распределенным оптоволоконным датчикам (DOFS) требуется время измерения около 3 секунд, дополнительное время задержки около 20 секунд вводилось через каждые 0,5 мм смещения поршня.После перехода из состояния без трещин в состояние с трещинами скорость смещения была увеличена до 0,5 мм / мин. Время между сигналами триггера теперь коррелирует с перемещением поршня 0,033 мм. На этом этапе измерение DOFS проводилось через каждые 3 мм смещения поршня. После того, как податливость арматурных стержней была обнаружена, балка была разгружена со скоростью 6 мм / сек, чтобы предотвратить разрыв арматурных стержней и, как следствие, повреждение датчиков. Полная нагрузка и реакция балки показаны на рис.3. На этапе разгрузки не проводилось никаких измерений волокна, но все другие измерительные системы все еще были активны.

Фотограмметрические методы измерения

Для анализа деформации нагруженной балки использовались две фотограмметрические измерительные системы. Две используемые фотограмметрические системы основаны на расположении стереокамер для определения трехмерных координат посредством пространственной триангуляции высококонтрастных элементов поверхности исследуемого образца [33, 34]. Точное определение пространственной ориентации двух камер относительно друг друга и параметров каждой камеры с учетом i.е. дефекты сенсора и изображения — это требования для высокой точности координат. Этот процесс обычно называют калибровкой системы. Следует избегать изменений в системе камеры, которые могут повлиять на упомянутые выше параметры.

Корреляция цифровых изображений

Корреляция цифровых изображений (DIC) — это один из фотограмметрических методов измерения, который применялся в средней части луча для анализа образования и распространения трещин. Соответствующее ДИК-поле площадью около 200 мм на 400 мм показано на рис.4. Расположение камеры демонстрирует высококонтрастную стохастическую картину. DIC позволяет индивидуально отслеживать движение небольших подобластей размером, например, 20 x 20 пикселей в пределах стохастического шаблона при всех условиях нагрузки. Изменения координат подобластей можно использовать либо для анализа раскрытия трещины, либо можно получить значения деформации, которые позволяют визуализировать трещину с точки зрения концентраций деформации.

Стереофотограмметрия

Второй фотограмметрический метод измерения, который использовался для испытания на изгиб, — это стереофотограмметрия (SP).Этот метод позволяет наблюдать всю переднюю сторону балки и фокусируется на высококонтрастных круговых маркерах, которые видны на рис. 4. Круглые маркеры расположены как на поверхности балки, так и на поперечной балке, передающей нагрузку, а также на основании машины для целей контроля. . Трехмерные координаты центра круговых маркеров используются для вычисления трехмерных компонентов связанных векторов смещения для всех условий нагружения. Таким образом можно определить полное отклонение балки и соответствующую линию изгиба.

Волоконно-оптические датчики

Два одномодовых (SM) сенсорных волокна были приклеены по всей длине одного арматурного стержня балки для определения динамики распределения деформации и возникающих трещин во время испытания на четырехточечный изгиб. Волокна были защищены эпоксидным покрытием и выступали с обоих концов балки. На рис. 5 показано положение различных сенсорных волокон. Одно волокно служило сенсорным волокном для измерения распределенной деформации. Для этого использовалось стандартное SM-волокно (SMF-28e) согласно DIN EN 60793-2-50 [35].Второе волокно содержит матрицу волоконной брэгговской решетки (FBG), состоящую из пяти датчиков FBG с повторным покрытием с разными длинами волн Брэгга для непрерывного измерения локальной деформации в соответствии с DIN EN 61757-1-1 [36]. Два оптоволоконных метода измерения, используемые для сенсорных волокон, дополняют и соотносятся друг с другом.

Схематическое изображение применяемых оптоволоконных датчиков и их положения вдоль арматурного стального стержня

Распределенные оптоволоконные датчики

Оптический рефлектометр обратного рассеяния LUNA (LUNA OBR 4600) использовался в качестве системы измерения распределенной деформации. измерения.Измерение деформации основано на оценке рэлеевского рассеяния в волокне. Принцип интерферометра с качающейся длиной волны (SWI) используется для получения профиля обратного рассеяния с высоким разрешением вдоль пути измерения путем анализа комплексной амплитудной и фазовой информации в частотной области и преобразования ее в локальную область. Если полученные данные коррелируют с эталонным измерением, результат представляет собой распределенную деформацию или изменение температуры волокна. Распределенное зондирование обеспечивает локальное разрешение \ ({\ pm 1.0} \ hbox {cm / m} \) и разрешение деформации \ ({\ pm 1.0} \, {\ upmu \ hbox {m / m}} \).

Волоконная решетка Брэгга

Волоконная решетка Брэгга (FBG) — это периодические изменения показателя преломления, записываемые в оптическое волокно, которые образуют интерференционный фильтр. ВБР отражает свет определенной длины волны. Деформация брэгговской решетки изменяет период решетки и, следовательно, длину волны Брэгга. Для измерения использовался запросчик ВБР HBM DI 410. Этот прибор представляет собой 4-канальную, долговременную, стабильную, допускающую калибровку многоканальную измерительную систему со встроенным эталонным источником для датчиков ВБР.Запросчик направляет свет перестраиваемого лазера в сенсорное волокно. Если связанная длина волны и длина волны Брэгга ВБР идентичны, свет, отраженный ВБР, обнаруживается фотодетектором. Сигналы далее обрабатываются в запросчике и доступны в виде значений длины волны или деформации. Устройство обеспечивает частоту дискретизации до 1 кГц с повторяемостью до 1 пм (что эквивалентно примерно деформации \ ({1} \, {\ upmu \ hbox {m / m}} \)) для длин волн от 1510 нм до 1590. нм.

Что такое бетонная балка и его преимущества

А балка является важным элементом конструкции, выдерживающим нагрузки, приложенные к оси балки.

Его режим и работа прогиба при изгибе.

Когда нагрузки, прикладываемые к балке в результате реакции сил на точки балки и опоры,

, несколько сил действуют на стропила, в результате чего возникают изгибающие моменты и поперечные силы на валу, вызывающие внутренние деформации, напряжения и прогибы балки.

При вертикальной и горизонтальной нагрузке на конструкцию можно также использовать несущий элемент и прочность бетонной балки.

Существует различных типов балок, таких как армированные цементобетонные балки и железобетонные балки,

и эти балки используются для плит, стальных стержней или волокон в бетоне.

Такая сталь усиливает бетонную балку увеличивает прочность вала и позволяет балке растягивать напряжение и противостоять изгибу.

Без стальной арматуры бетон будет разрушаться при высоких нагрузках.

• бетонные балки

Стальная конструкция защищает бетон от атмосферных воздействий и предотвращает коррозию стали.

Если бы сталь заржавела, она расширилась бы, потрескалась и отделилась бы от бетонной оболочки. Это снова ослабило бы балочную конструкцию.

• Бетонные балки обладают высокой прочностью на сжатие по сравнению с другими строительными материалами.

• За счет армирования бетон также может помочь с качественной величиной растягивающего напряжения.

• Погода и огонь сопротивление железобетона отличное.

• Железобетонная балка для строительной системы более долговечна, чем любой другой строительный материал и метод.

• Армированный бетон — это материал с жидкой структурой, вначале его можно экономично формовать по диапазону и форме.

• В обслуживании стоимость балки железобетонная — это небольшая цена.

• В строительстве, например, плотин, фундаментов, опор и т. Д., Здания из железобетона наиболее экономичны и лучше всего подходят с материалом.

• Действует как сотрудник с отклонением .

• Железобетону можно придать любую форму, и он обычно используется в компонентах сборных конструкций.

• По сравнению со сталью в структурированный , железобетон не может потребовать квалифицированного профессионального труда для установки конструкции.

Недостатки железобетона:

Прочность на растяжение железобетона составляет 1/10 всей прочности на сжатие.

Есть большое количество шагов с использованием железобетона при смешивании, отверждении и литье. Они сказываются на окончательной силе.

Стоимость форм, используемых при отливке RC, сравнительно выше.