8.1. Основні поняття про конструювання і розрахунок балочних пролітних будов

Метою розрахунку і конструювання залізобетонних пролітних будов є обґрунтування розмірів елементів пролітної будови з урахуванням забезпечення їх міцності, тріщиностійкості, жорсткості і раціонального використання в них бетону, напружуваної і ненапружуваної арматури.

Конструювання і розрахунок елементів пролітних будов складаються з наступних етапів: попереднє призначення їх розмірів, визначення в них зусиль, перевірка їх міцності, тріщиностійкості, жорсткості і коректування їх розмірів.

Попереднє призначення розмірів зазвичай проводиться за даними попереднього проектування або по рекомендаціях, що містяться в підручниках або в спеціальному керівництві.

Зусилля в елементах визначають методами будівельної механіки на основі розрахункових схем, що приймаються, з урахуванням конструктивного рішення і особливостей монтажу. В цілях спрощення розрахунків допускається проводити їх в припущенні пружної роботи матеріалу. Для статично невизначних елементів зусилля бажано визначати з урахуванням повзучості і тріщиноутворення в бетоні. Вельми строго проводити це можливо лише із застосуванням ПК, оскільки ці розрахунки пов'язані з багатокроковими ітераціями.

Існує багато різних способів і методів, що дозволяють з різним ступенем точності визначати зусилля в елементах пролітної будови. Прості з них орієнтовані на ручні методи або застосування калькуляторів, складніші – на застосування ПК. Необхідно мати на увазі, що найскладніші з них лише приблизно відображають дійсну картину зусиль в елементах конструкції; вони не дозволяють точно передбачити зусилля в елементах у зв'язку з тим, що багато чинників, від яких залежать зусилля, статистично мінливі. Порівняно точно можна передбачити лише можливий діапазон значень, в межах якого знаходитиметься дійсне значення зусилля. У зв'язку з цим на первинному етапі навчання і становлення інженера доцільно освоїти прості способи розрахунку, що дозволяють при невеликих витратах праці визначити зусилля з прийнятною для практики точністю і відчути роботу елементів, технологію розрахунку і фізичний сенс кожного його кроку.

Далі будуть приведені в основному такі способи розрахунку. Строгіші методи приводяться в повних курсах проектування залізобетонних мостів і в спеціальній літературі. З ними можна ознайомитися в міру необхідності в процесі практичної роботи. Проектні організації зазвичай мають бібліотеку програм для виконання строгіших розрахунків із застосуванням сучасних ПК.

Перевірку міцності нормальних перетинів елементів можна проводити по першому граничному стану відповідно до третьої стадії напружено-деформованого їх стану. Граничну здатність перетинів елементів, що несе, в цьому випадку слід визначати виходячи з таких допущень:

• опір бетону при розтягуванні приймають рівним нулю;

• опір бетону стиску умовно рахують рівними Rb і рівномірно розподіленим в межах умовної стиснутої зони х бетону;

• розтягуюче напруження в арматурі обмежується розрахунковими опорами розтягуванню в ненапружуваній Rs і напружуваній арматурі Rр;

• стискуюче напруження в ненапружуваній арматурі обмежується розрахунковими опорами стиску Rsc, а в напружуваній – найбільшою стискуючою напругою σ_рс, що приймаються по умові граничного стиску бетону не більше 500 МПа.

Перевірку міцності нормальних перетинів і деформації в перетині, нормальному до подовжньої осі елементу, можна визначати і на основі нелінійної деформаційної моделі, що використовує рівняння рівноваги зовнішніх сил і внутрішніх зусиль в перетині елементу, а також наступні положення:

• розподіл відносних деформацій бетону і арматури по висоті перетину елементу приймають по лінійному закону (гіпотеза плоских перетинів);

• зв'язок між осьовою напругою і відносними деформаціями бетону і арматури приймається по встановлюваних діаграмах;

• опір бетону розтягнутої зони можна враховувати, якщо в елементах не допускаються тріщини.

Реалізація цих положень нелінійної деформаційної моделі проводиться за допомогою процедури чисельної інтеграції напруги по нормальному перетину.

Розрахунки тріщиностійкості елементів передбачають перевірки освіти, розкриття і закриття тріщин. Вони відносяться до розрахунків по другій групі граничних станів і засновані на розгляді першої і другої стадій напружено-деформованого стану елементів. Розрахунки жорсткості проводять в цілях запобігання великим загальним деформаціям пролітних будов від тимчасового навантаження, що проходить.

В процесі виконання вказаних перевірок виявляється можливість зменшення або необхідність збільшення заздалегідь прийнятих розмірів перетину, діаметрів стрижнів арматури, кроку їх розстановки і так далі На цій підставі проводять коректування розмірів на наступному кроці послідовного наближення до оптимальних розмірів.

При розрахунку і конструюванні пролітної будови із застосуванням ПК можна визначати зусилля і коректувати розміри відразу для всіх елементів пролітної будови і в ході послідовного наближення швидко отримувати оптимальні розміри цих елементів.

При ручних розрахунках традиційною є наступна послідовність розгляду елементів пролітної будови: плита проїзної частини, балки пролітної будови, опорні частини. При такій послідовності в процесі розрахунку і конструювання поступово накопичуються дані, необхідні для подальших стадій розрахунку.