Конструкция железобетонных свай. Определение несущей способности одиночной сваи.

Несущая способность одиночных свай зависит от прочности ма­териала сваи и от прочности грунта основания. Поэтому расчет несущей способности одиночной сваи делают дважды: по прочности материала сваи и по прочности грунта основания. За расчетную не­сущую способность одиночной сваи (или, как говорят, расчетное сопротивление) принимают меньшую из определенных расчетами несущих способностей по грунту и материалу сваи.

Несущую способность одиночных свай по материалу определяют расчетом по первому предельному состоянию, как указано выше при описании различных конструкций свай. Для железобетонных свай в высоких ростверках дополнительно проводится расчет на образо­вание трещин.

Понятие о расчете и проектирование свайных фундаментов.

При расчете и проектировании свайного фундамента из свай-стоек его несущая способность определяется суммой несущих способностей отдельных свай. При этом несущая способность сваи выбирается по наименьшей из способности по грунту и по материалу. Этот расчет соответствует требованиям первой группы предельных состояний. Расчет по второй группе не производится, так как сваи-стойки опираются на практически несжимаемый грунт.
Фундаменты из висячих свай рассчитывают по первой и второй группам предельных состояний. Количество свай определяют в соответствии с первой группой, а осадку – в соответствии со второй.

Фундамент считается запроектированным верно, если полученное значение N отвечает условию (14.1).
При расчетах фундамента из свай трения по второй группе предельных состояний его условно заменяют массивным жестким фундаментом. Границы этого условного фундамента АБВГ (см. рис. 30) определяются размерами ростверка, свай и некоторым объемом окружающего грунта. Этот объем обусловлен предположением, что давление от крайней сваи передается на грунт под углом α = φ_llml/4. Считается, что давление на грунт передается подошвой этого условного фундамента (плоскость БВ). При центральной внешней нагрузке напряжения под подошвой этого фундамента не должны превышать расчетного сопротивления грунта основания:

3. Задача. Определить площадь сечения продольной арматуры для балки прямоугольного сечения с размерами b = 200 мм, h = 600 мм, с=25 мм. Бетон класса С²⁵/₃₀ . Арматура класса S 400. Изгибающий момент действующий в сечении 40 кНм.

Экзаменационный билет № 32

Стадии работы железобетона на растяжение. Расчет центрально растянутых железобетонных элементов.

При работе центрально-растянутых элементов под нагрузкой различают три характерные стадии напряженно-деформированного состояния: стадию I — до образования трещин, стадию II—после образования трещин, стадию III — разрушение.

Рассмотрим характер изменения напряженно-деформированного состояния центрально-растянутого элемента по мере увеличения внешней нагрузки.

В стадии I (начальный период загружения) внешней растягивающей силе N₁ сопротивляются бетон и арматура, которые имеют одинаковые деформации вследствие сцепления между собой. Если обозначить напряжения в бетоне s_б.р и напряжения в арматуре s_a.l, то условие равновесия сечений элемента будет иметь следующий вид:
N₁=s_б.р.F_б+s_а1.F_а, где Fe—площадь сечения бетона; Fa — площадь продольной арматуры.

С увеличением внешней нагрузки напряжения в бетоне и арматуре возрастают. Когда напряжения в бетоне достигнут временного сопротивления растяжению: (а деформации—предела растяжимости ), в элементе образуются трещины (стадия Iа). При образовании трещин деформации арматуры e_a в силу сцепления равны предельным деформациям бетона , поскольку оба материала деформировались совместно. Напряжения в арматуре в стадии Iа составляют

В главе 2.1 , было установлено, что расчетная величина , следовательно, , где n=E_a/E_б. Численное значение можно оценить, приняв»0,00015 иE_a=2×10⁶ кгс/см²:

» 0,00015×2′000′000 = 300 кгс/см² (30 МПа).

Таким образом, расчетное усилие, воспринимаемое сечением при образовании трещин, (1)

Если N>N_Т, в элементе образуются трещины. При дальнейшем увеличении нагрузки напряжения в арматуре будут возрастать, а трещины в бетоне — раскрываться (стадия II). Внешней силе по сечению с трещиной сопротивляется только одна арматура, имеющая напряжения s_а и деформации e_а, а на участке между трещинами — арматура и бетон, поскольку сцепление между ними сохраняется. Вследствие этого напряжения в арматуре на участке между трещинами уменьшаются. Средние напряжения в арматуре s_а.с<s_а и соответственно средние относительные деформации e_а.с<e_а. Работа бетона на растяжение между трещинами характеризуется, как и при изгибе, коэффициентом y_а, выражающим отношение средних напряжений в арматуре s_а.с к напряжениям в ней по сечению с трещиной s_а, или отношение средних относительных деформаций арматуры e_а.с. к ее деформациям по сечению с трещиной

По мере дальнейшего возрастания внешней нагрузки увеличиваются напряжения в арматуре, а трещины в бетоне раскрываются все больше. Когда напряжения в арматуре достигнут значения предельных напряжений (предела текучести для мягкой стали или временного сопротивления для твердой стали), наступит разрушение элемента (стадия III).

Усилие, которое воспринимают сечения элемента перед разрушением, составляет (2)

Прочность элемента будет обеспечена, если расчетная продольная сила N (усилие в элементе от расчетных нагрузок) не будет превышать усилия, воспринимаемого арматурой при напряжениях в ней, равных расчетному сопротивлению R_a

Из условия прочности определяют требуемую площадь сечения продольной растянутой арматуры: (4)

В центрально-растянутых элементах без предварительного напряжения кроме проверки прочности по стадии III необходимо определить ширину раскрытия трещин по стадии II.

Ширина раскрытия трещин а_Т представляет собой удлинение арматуры (работающей совместно с бетоном) на участке, равном расстоянию между трещинами l_T, поэтому, как и в изгибаемых элементах, ширину раскрытия трещин рассчитывают по формуле , при k=l,2 и напряжениях в арматуре, равных (5)