Тема Расчет и усиление железобетонных конструкций

Задание: Усилить плиту перекрытия способом нагнетания в плиту бетона.

Таблица 5 – Исходные данные

Указания к выполнению задания

Перекрытие выполнено из сборных железобетонных плит из тяжелого бетона класса В15, толщиной 220мм.

Определим расчетные пролеты и нагрузку на плиту.

Рисунок 3– Расчетный пролет плиты

Таблица 6 – Нагрузки на 1м² перекрытия

Наименование нагрузки	Нормативная нагрузка, кН/м2	γf	Расчётная нагрузка, кН/м2
1. Собственная масса плиты перекрытия
- бетон В15	5,5	1,1	6,05
2.Вес пола:
- линолеум:	0,054	1,2	0,065
- выравнивающий слой из цементно-песчаного раствора:	0,045	1,3	0,058
- звукоизолирующий слой:	0,15	1,3	0,195
3. Временная нагрузка	3,0	1,4	4,2
Всего:  10,57 кН/м2

Перекрытие необходимо усилить, выбираем способ нагнетания в плиты бетона. Для этого вырубаем пазы в полках плит, устанавливаем арматурные каркасы и укладываем в них бетон, толщина плиты после усиления 300мм.

Технологический цикл усиления плиты перекрытия включает:

- разгрузку плиты перекрытия;

- разборку покрытий пола над узлом опирания плиты;

 -скалывание защитного слоя бетона на опорном участке плиты для оголения существующей арматуры;

- пробивка пустот на ¼ пролета плиты для пропуска каркасов;

- удаление мусора;

- сварка изготовленных арматурных каркасов с существующей арматурой плиты;

- установка арматурных каркасов в пустоты;

 - установка опалубки, изготовленной по месту из древесины (сосна);

- бетонирование опорных участков при помощи стационарного бетоном марки В15;

- уплотнение бетонной смеси;

- выдержка бетона до набора 75% прочности;

- демонтаж опалубки.

Выполним расчет арматуры для плиты. Для этого определим прочностные характеристики бетона с учетом влажности окружающей среды по /5/.

Бетон тяжелый, класса В15:

- коэффициент условий работы бетона γ_β2=0,9;

-расчетное сопротивление бетона сжатию R_в=7,7 МПа;

- начальный модуль упругости бетона Е_в=23000 МПа.

Определим изгибающие моменты с учетом перераспределения усилий:

- в средних пролетах и на средних опорах:

- в первом пролете и на первой промежуточной опоре:

Расчетные значения моментов представлены на рисунке.

                            Рисунок 3.2 – Расчетная схема и эпюра изгибающих моментов

Выполним подбор сечений продольной арматуры.

Определяем рабочую высоту сечения:

       где а – защитный слой бетона, определяемый при толщине плиты 300мм с учетом усиления 20мм плюс половина диаметра арматуры.

Вычислим значение a_m:

По таблице 20 /5/ в зависимости от значения a_m определяем следующие коэффициенты:

x=0,05<x_R=0,652;

 z=0,975

Тогда продольная арматура определяем по формуле:

Принимаем арматурную сетку ВРI из арматурных стержней диаметром 4

с фактической несущей способностью продольной арматуры R_s A_s=18100>7588Н

В первом пролете и на первой промежуточной опоре определяем рабочую высоту сечения:

Вычислим значение a_m по формуле 3.4:

По таблице 20 /5/ в зависимости от значения a_m определяем следующие коэффициенты:

x=0,08<x_R=0,652;

 z=0,960

Тогда продольная арматура определяем по формуле 3.5:

Принимаем арматурную сетку ВРI из стержней диаметром 4 с фактической несущей способностью продольной арматуры R_sA_s = 18100>11250Н.

Практическое занятие №7,8,9,10

Тема: Расчет и усиление металлических, деревянных конструкций

Задание 1

Рассчитать, и усилить металлический элемент

Таблица 7 – Исходные данные

Указания к решению

При усилении сжатых элементов увеличением их сечения (без предварительного напряже­ния) расчет осуществляют по следующей схеме.

1. Определяют начальный прогиб усиливаемого стержня в плоскости действия момента:

,

где =М_н/ Р_н— случайный начальный эксцентриситет продольной силы относительно оси Х, принимаемый с соответствующим знаком (Р_а и М_н — расчетные значения начальной продольной силы и момента); — эйлерова сила для основного стержня - момент инерции; расчетная длина основного стержня).

При усилении центрально сжатого элемента начальный эксцентриситет равен

,

где — случайный начальный относительный эксцентриситет, определяемый по графику (рис. 6); и — момент сопротивления и ядровое расстояние для крайних волокон усиливаемого элемента.

 При заданной внешней нагрузке определяют возможность усиления основного стержня:

Рисунок – График зависимости случайного начального эксцентриситета от гибкости

где — характеристики усиливаемого элемента; ординаты наиболее удаленных волокон сечения относительно оси x^ос; т_с — коэффициент условий работы; — расчетное сопротивление материала основного стержня;k = 0,6 — коэффициент ограничения напряже­ний при усилении нена­пряженными элемента­ми с применением сварки.

Для центрально сжатых элементов проверка производится в плоскости максималь­ной гибкости, для внецентренно сжатых — в плоскости действия момента. Если хотя бы одно из условий не выполняется, необходима разгрузка элемента.

3. Определяют прогиб усиленного элемента:

при присоединении элементов усиления к плоским поверхностям

;

при присоединении к вогнутой и выпуклой поверхности

,

где åJ^ус —сумма моментов инерции элементов усиления относительно их собственных осей, параллельных оси х; J^ус — момент инерции усиленного стержня; N_э=п²ЕJ/1² — эйлерова сила усиленного стержня.

4. Выполняют расчет прикрепления элементов усиле­ния.

Расчет швов на сдвигающие усилия

,

где Q_mах— максимальная поперечная сила; S_x^ус — ста­тистический момент элемента усиления относительно оси х; а_ω — шаг шпоночного шва.

Минимальная длина прерывистых швов

+1см,

где a — коэффициент, учитывающий распределение уси­лий между швами элемента усиления; — коэффициенты, определяемые по СНиП II-23—81 (п. 11.2); — расчетное сопротивление углового свар­ного шва.

Минимальная длина концевых швов

где  (N_н — расчетное усилие в стержне после усиления; A_р^ус и A — соответственно пло­щади элемента усиления и всего усиленного элемента).

Минимальная толщина сплошных сварных швов

,

5. Определяют остаточный сварочный прогиб

,

где l=l_еf/r — гибкость усиленного стержня в плоскости изгиба (1_еf — расчетная длина; r — радиус инерции); v_x»0,04К²_f — объемное укорочение при сварке (К_f —катет шва, см); п_i= 1-u×1n(1-ξ_i)/1n 2; ξ_i = σ_i^ос/R_y^ос;

(у; — расстояние от центральной оси основного сечения до места наложения i-го шва; u = 0,5 при односторонних швах в сжатой зоне сечения, u =1,5 — то же, в растянутой зоне; u =1—при двусторонних швах).

Определяют расчетные эксцентриситеты в плоскости действия моментов:

;

7.Проверяют устойчивость усиленного элемента в плоскости, действия момента

;

где φ_е принимается по СНиП II-23—81* в зависимости от условной гибкости усиленного элемента и приведенного эксцентриситета — коэффициент условия работы.

Проверяют устойчивость усиленного элемента в процессе сварки.

Площадь сечения элементов усиления центрально сжатых элементов определяют по формуле

,

где N — усилие в стойке в момент усиления; φ^ос и φ^ус — коэффициенты продольного изгиба старого и нового элементов.

При усилении сжатых элементов телескопическими предварительно напряженными трубами условие устойчивости внутренней сжатой трубы имеет вид

;

где Аь — площадь сечения трубы; ; е —наружный радиус трубы; lи r_i — ее длина и радиус инерции; ; K₁ — определяется из выра­жения — площадь растянутой трубы).

Несущую способность усиленной балки (рис. 7)

Рисунок 7 – Расчетная схема усиления балки

проверяют с учетом пластических деформаций. Напряжения в крайних волокнах усиленного сечения

;

Требуемая площадь усиливающей детали

;

При этом должна обеспечиваться общая устой­чивость балки или соблюдаться условие

,

Касательные напряжения в зоне максимального мо­мента не должны превышать 0,3R_S.

Расчет дополнительных сварных швов при усилении швов производят из условия

;

где А_ω — площадь сварных швов до усиления; R_ωy— расчетное сопротивление швов на срез; К — коэффици­ент распределения напряжений; А_ω^ус — сечение усиливающих швов; τ^ос — расчетное срезающее напряжение в швах до усиления.

Задание 2

2.1 Проверить на срез сечение балки длиной 12м; ширина пояса - 40см; толщина стенки - 1,2см; толщина пояса - 2см. Нагрузка, действующая на балку составляет 23кН. Класс стали С345. Высоту стенки балки принимать равной 1/10 её длины.

2.2 Проверить на срез сечение балки длиной 14м; ширина пояса - 46см; толщина стенки - 1,2см; толщина пояса – 2,2см. Нагрузка, действующая на балку составляет 32кН. Класс стали С275. Высоту стенки балки принимать равной 1/10 её длины.

2.3 Проверить на срез сечение балки длиной 16м; ширина пояса - 50см; толщина стенки - 1,2см; толщина пояса – 2,4см. Нагрузка, действующая на балку составляет 95кН. Класс стали С255. Высоту стенки балки принимать равной 1/10 её длины.

2.4 Проверить на срез сечение балки длиной 15м; ширина пояса - 46см; толщина стенки - 1,2см; толщина пояса – 2,2см. Нагрузка, действующая на балку составляет 150кН. Класс стали С245. Высоту стенки балки принимать равной 1/10 её длины.