18. Предельная высота сжатой зоны бетона. Основные понятия. Использование для оптимального проектирования. Относительная предельная высота сжатой зоны бетона.

Граничная высота сжатой зоны - это такая высота (абсолютная х_R или относительная _R = x_R / h_o), при которой в предельной по прочности стадии, т.е. перед разрушением, напряжения в сжатом бетоне _b и в растянутой арматуре _s одновременно достигают своих предельных значений (расчетных сопротивлений) R_b и R_s – такое сечение называют нормально армированным. Если армирование уменьшить, то высота сжатой зоны тоже уменьшится и станет меньше граничной, т.е. х < х_R, – такое сечение называют слабо армированным. Если армирование увеличить, то окажется х > x_R – такое сечение называют переармированным.

h_o – расчетнорабочая высота конструкции (h_o=h-a).

x_R – дойдет до нейтральной оси, до армирования не дойдет.

Дальнейшее армирование после достижения _R не имеет смысла.  должна быть меньше чем _R. В диапазоне 0,3 – 0,7 от _R.

В слабо армированном сечении (а), при х < х_R, деформации в арматуре достигли начала площадки текучести (_s = _pl), а в бетоне не достигли предельной сжимаемости (_b < _bu). Казалось бы, прочность бетона здесь недо­ис­поль­зуется, и сечение работает нерационально. Но на самом деле, у арматуры имеется резерв – площадка текучести, а это значит, что по мере текучести стали, когда деформации в ней увеличиваются с _pl до _pl1 (рис. 29,г), растут и деформации бетона, достигая в итоге _bu (рис. 29,а, пунктирная линия). Если вместо “мягкой” стали установить “твердую”, не имеющую площадки текучести, то деформации в ней к моменту разрушения превысят величину ₀₂, соответствующую условному пределу текучести ₀₂, и составят _02.1 (рис. 29, г), что учитывается коэффициентом условий работы _s6: чем меньше х, тем больше _s6. Следовательно, в слабо армированном сечении напряжения в “мягкой” стали достигают предела текучести и реализуют R_s, в “твердой” стали превышают условный предел текучести и составляют R_s_s6; напряжения в бетоне тоже, в конце концов, достигают расчетного сопротивления R_b.

Нормально армированное сечение при х = х_R, работает наиболее рационально (б): _b и _s одновременно достигают значений соответственно _bu и _pl (или ₀₂), а напряжения одновременно достигают значений соответственно R_b и R_s.

В переармированном сечении (в) при х > х_R, деформации бетона достигают _bu, а деформации арматуры не достигают _pl (₀₂), т.е. прочность бетона R_b используется полностью, а прочность арматуры R_s – частично: _s < R_s. Причем, чем больше х, тем меньше _s.

Слабо и нормально армированные сечения имеют один общий признак: бетон и арматура полностью используют свою прочность, поэтому принцип расчета у них одинаков (1-й случай расчета). Переармированные сечения рассчитывают иначе (2-й случай). Границей между случаями является величина х_R (или _R), поэтому ее и называют граничной высотой сжатой зоны.