51. Почему напряжения при обжатии определяют исходя из упругих деформаций бетона?

В первые мгновения после передачи усилия обжатия бетон работает практически упруго, а напряжение _bpв нем можно определять по обычным формулам сопромата. От величин именно этих напряжений зависят в дальнейшем деформации ползучести, а от них – и потери напряжений в напрягаемой арматуре. Как видим, в этом случае никаких погрешностей в расчете нет. Для случая расчета по закрытию трещин объяснение дано в вопросе 162.

Для остальных случаев заведомо допускается некоторая погрешность, чтобы исключить неоправданное усложнение расчетов. Однако погрешность эта компенсируется поправочными коэффициентами, например, коэффициентом при подсчете величины радиуса ядра сечения и коэффициентомпри подсчете величины упруго-пластического момента сопротивления (см. вопрос 152).

52. Есть ли смысл создавать преднапряжение в элементах, сжатых внешней нагрузкой?

На первый взгляд, это кажется бессмысленным. Действительно, зачем к сжатию бетона внешней нагрузкой добавлять еще и предварительное обжатие? И все же такие случаи встречаются. Например, для многоэтажных зданий иногда изготавливают цельные, очень длинные колонны, что весьма удобно для монтажников – исключается трудоемкая стыковка коротких колонн. Но поднять и перевести длинную колонну невозможно: или она сломается, или в ней образуются недопустимо широкие трещины под воздействием изгибающего момента М_Wот собственного весаq_W (рис. 25,а). Если колонну изготовить преднапряженной, то вместо работы только на изгиб она будет работать на сжатие (Р) с изгибом (М_W), т.е. на внецентренное сжатие. Причем силу обжатияРможно подобрать таким образом, что растягивающих напряжений в бетоне вообще не будет. Аналогичное решение применяют и к длинным сваям.

Другой пример: в изгибаемых элементах в зоне, которая будет сжата от внешней нагрузки, могут образовываться недопустимо широкие трещины на стадии обжатия силой Р. Если нельзя уменьшитьР, то приходится ставить напрягаемую арматуруS_pв сжатой зоне и создавать еще одну силу обжатияР(рис. 25,б).

Разумеется, напрягаемая арматура в сжатой зоне играет положительную роль, пока конструкция не загружена внешней нагрузкой. Далее ее роль отрицательна, за исключением одного случая: если _sc,u _sp2 > 0,то в напрягаемой арматуре растягивающие напряжения перейдут в сжимающие и она начнет работать как обычная сжатая арматура (здесь_sp2 – величина преднапряжения с учетом всех потерь, а_sc,u– предельные напряжения в стали, которые могут быть достигнуты в момент разрушения сжатого бетона; их принимают равными 500, 400 или 330 МПа в зависимости от длительности действия сжимающей нагрузки на бетон; см. также вопрос 27).

Рис. 25

Рис. 26

53. Что такое самоанкерующаяся арматура?

Силу натяжения арматуры можно передать на бетон двумя способами: через концевые анкера (рис. 26,а) или за счет сил сцепления (рис. 26,б). Первый способ применяют, преимущественно, при натяжении на бетон, второй на упоры. При втором способе анкера не нужны, арматура сама заанкеривается в бетоне, поэтому и называется самоанкерующейся. Такой арматуре для уравновешивания силы обжатияРнеобходимо иметь достаточную сумму сил сцепления (Т_сц =Р), которые действуют в концевом участке – этот участок называется зоной передачи напряженийl_p. Длинаl_pтем меньше, чем больше силы сцепленияТ_сц, которые зависят от профиля арматуры, ее диаметраd, передаточной прочности бетонаR_bpи, конечно же, от величины преднапряжения_sp. Величинуl_pопределяют по формуле:l_p = ( _sp/R_bp +_p)d, где и_p– эмпирические коэффициенты, учитывающие профиль арматуры.

В соответствии с характером действия Т_сцменяется и усилие обжатияР_x– от нуля в торце доРв конце зоныl_p. ВеличинаР_xменяется по сложному закону (пунктирная линия на рис. 26,б), для простоты расчетов замененному линейным законом:Р_x = (l_x / l_p)Р  Р. Очевидно, что по такому же закону меняются и напряжения обжатия в бетоне_bp.