Понятие о пластическом шарнире. Перераспределение усилий в статически неопределимых железобетонных конструкциях. Расчет конструкций методом предельного равновесия

В жбк проявляются как упругие, так и неупругие деформации, раскрываются трещины, что приводит к изменению жесткости и нарушению прямой пропорциональности между усилиями (перемещениями) и нагрузкой - происходит перераспределение внутренних усилий (т.е. изменение соотношения между внутренними усилиями в различных сечениях конструкции с ростом нагрузки).

При расчете статически неопределимых железобетонных конструкций по несущей способности широко применяют метод предельного равновесия, учитывающий перераспределение усилий вследствие пластических деформаций материалов и других факторов. Сущность метода заключается в следующем. При некотором значении нагрузки напряжения в растянутой арматуре из мягкой стали достигают предела текучести. Пластические деформации стали растут и в железобетонной конструкции образуется зона больших местных деформаций растянутой арматуры (σ_s= σ_y) и сжатого бетона (но σ_b<R_b), которая называется пластическим шарниром (ПШ). Отличительной особенностью ПШ от идеального, является наличие в нем постоянного момента, равного предельной величине M=R_sA_sz. Кроме того, ПШ односторонний – с уменьшением нагрузки он закрывается.

При статически неопределимой конструкции- появление ПШ в наиболее напряженном сечении не означает ее разрушения, т.к. повороту частей балки, росту прогибов и увеличению напряжений в сжатой зоне препятствуют лишние связи (защемления на опорах); в результате в ПШ возникает стадия IIa –образуется зона больших местных деформаций арматуры и бетона. Поэтому при дальнейшем увеличении нагрузки разрушение в ПШ не произойдет до тех пор, пока не появятся новые ПШ и не выключатся лишние связи. Образование каждого ПШ равносильно выключению одной связи (уменьшению количества неизвестных на единицу), в связи с чем конструкция только меняет расчетную схему, и способна далее воспринимать дополнительную нагрузку, работая по новой схеме (с меньшим числом лишних связей).

Для полного исчерпания несущей способности статически неопределимой железобетонной системы, имеющей n лишних связей (превращение ее в механизм с одной степенью свободы), необходимо образование n+1 ПШ. Усилия в ее сечениях определяют из условий равновесия этого механизма (схемы излома) или из условия равенства работ внешних нагрузок и внутренних усилий на возможных перемещениях. Таким образом, метод предельного равновесия основан на предположении, что несущая способность статически неопределимой конструкции исчерпывается тогда, когда растянутая арматура «течет» и образуется такое количество ПШ, при котором система превращается в геометрически изменяемую. Для такого состояния составляются условия равновесия, из которых определяются предельные внутренние усилия и соответствующие внешние

 нагрузки (т.е. статический расчет и определение предельной нагрузки совмещаются).

Монолитные ребристые перекрытия с балочными плитами: элементы, компоновка и назначение основных размеров. Принципы расчета и конструирования балочной плиты монолитного ребристого перекрытия.

Элементы: Ребристое перекрытие с балочными плитами состоит из плиты, работающей по короткому направлению, второстепенных и главных балок. Все элементы перекрытия монолитно связаны и выполняются из бетона класса В15.

Компановка: Главные балки располагают в продольном или поперечном направлении здания с пролетом 6...8 м. Второстепенные балки размещают так, чтобы ось одной из балок совпала с осью колонны.

 Пролет второстепенных балок составляет 5...7 м, плиты — 1,7...2,7 м.Толщину плиты по экономическим соображениям принимают возможно меньшей.

Конструирование и расчет плит. Размещение арматуры в плитах, опертых по контуру, производят в соответствии с характером разрушения. Пролетную арматуру укладывают в нижней части плиты, а у опор (над балками) — поверху. При пролетах более 2,5 м применяют раздельное армирование. Нижнюю арматуру выполняют из двух сеток с одинаковой площадью сечения рабочей арматуры в каждом направлении. В целях экономии одну из сеток доводят до опоры, а другую размещают в средней части плиты и обрывают в пролете на расстоянии от опоры, равном 1/4— если плита по контуру окаймлена балками, 1/8— при свободном опирании плиты. Верхнюю арматуру плиты (над балками) выполняют в виде сеток, у которых рабочие стержни располагают в направлении, перпендикулярном балке, и заводят в пролеты через один стержень.

Принцип расчета

Расчетные пролет плиты принимают равным расстоянию в свету между второстепенными балками l_о (до места изменения высоты сечения) и при опирании на наружные стены – расстоянию от оси опоры на стене до грани ребра; для расчета плиты в плане условно выделяют полосу шириной 1 м.

Расчетный пролет второстепенных балок lо также принимают равным расстоянию в свету между главными балками, а при опирании на наружные стены – расстоянию от оси опоры на стене до грани главной балки.