Учитывая значительное заглубления фундамента, принимаем его конструкцию с подколонником стаканного типа и плитой переменной высоты. Толщина стенок стакана назначают 425мм > 0,2∙h=0,2∙1400=280мм. Зазор между колонной и стаканом поверху 75 мм, понизу 50мм. Высоту ступеней фундамента назначают
Высота подколонника 1200мм
Размеры ступеней в плане:
a1=4,5м b1=3,6м
a2=3,0м b2=2,4м
Размеры подколонника:
a3=2,4м b3=1,5м
Высота плитной части фундамента 60см. Проверяем достаточность принятой высоты плитной части из расчета на продавливание.
Расчет на продавливание по условию:
,
условие на продавливание выполняется.
Проверяем прочность фундамента на раскалывание:
,следовательно проверяем по формуле:
,прочность на раскалывание обеспечена.
5.3. Расчет арматуры фундамента
Определяем напряжения в грунте под подошвой фундамента в направлении длинной стороны а без учета веса фундамента и грунта на его уступах от расчетных нагрузок:
;
где
.
Напряжение в грунте в сечении I-I, II-II, III-III (см. рис.6.1):
Изгибающие моменты, возникающие в сечениях I-I, II-II, III-III от реактивного давления грунта как в консоли, для расчета арматуры, укладываемой параллельно стороне а , определяют по формулам:
Сечение рабочей арматуры на всю ширину фундамента:
Назначаем шаг стержней 200 мм, на ширине фундамента b=3,6 м параллельно длинной стороне а укладываем 18 Æ18 А-II c AS=45,8 см2. Процент армирования
Определяем изгибающий момент и площадь сечения арматуры, укладываемой параллельно стороне b:
При шаге стержней 200 мм принимают 23 Æ16 A-II c AS=46,3см2. процент армирования
5.4. Расчет подколонника.
Продольное армирование подколонника и его стаканной части определяем из расчета на внецентренное сжатие коробчатого сечения стаканной части в плоскости заделанного торца колонны (IV-IV) и расчета на внецентренное сжатие прямоугольного сечения подколонника в месте примыкания его к плитной части фундамента Размеры коробчатого сечения стаканной части, преобразованное в эквивалентное двутавровое:
b=1,4 м; h=2, 4 м; =1,5 м; =0,425 м; =0,04 м; =2,36 м; =0,04/2,36=0,017.
Расчетное усилие в сечении IV-IV при gf>1:
Эксцентриситет продольной силы:
Расстояние от центра тяжести сечения растянутой арматуры до силы N:
Проверяем положение нулевой линии. Так как
> N=2292.9 кН, нулевая линия проходит в полке, и сечение рассчитываем как прямоугольное шириной bf’=150 см.
Принимаем симметричное армирование, тогда высота сжатой зоны:
Сечение симметричной арматуры:
, т.е. продольная арматура по расчету не нужна. Назначаем в соответствии с конструктивными требованиями не менее 0,04 % площади поперечного сечения подколонника: AS=AS’=0,0005×150×240=18 см2. Принимаем с каждой стороны подколонника 6Æ18 A-II c AS=AS’=18,85 см2. У длинных сторон подколонника принимаем продольное армирование 8 Æ18 A-II.
Прочность сечения V-V не проверяем, так как усилия от полученных ранее отличаются незначительно.
Поперечное армирование подколонника определяем по расчету на момент от действующих усилий относительно оси, проходящей через точку поворота колонны.
Так как 0,5×hc=0,5×1,4=0,67 > e0=0,61 м > hc/6=1,4/6=0,23 м, поперечное армирование определяют по формуле:
Szi=7.5+22.5+37.5+52.5+67.5+82.5+97.5+112.5=480 cм – сумма расстояний от точки поворота колонны до сеток поперечного армирования подколонника при шаге сеток 150 мм и расстоянии от верха стакана до верхней сетки 75 мм.
Необходимая площадь сечения одного рабочего стержня (при четырех стержнях в каждой сетке): ASW=4.5/8=0,5625 см2. Принимаем Æ9 A-I c ASW=0,636см2.
5.5 Конструирование.
Рис. 5.5.1. Схема армирования фундамента.
6.Расчет сборной предварительно напряженной арки пролетом 36м.
6.1. Данные для проектирования.
Бетон тяжелый класса В30 ( при ;; при ;; для бетона естественного твердения ;
; ).
Предварительно напрягаемая арматура затяжки – высокопрочная проволока периодического профиля класса Вр-II (;;); натяжение арматуры производится механическим способом на упоры с применением инвентарных зажимов.
Ненапрягаемая арматура класса А-III Ø 10-40 мм (;;).
Затяжка относится к конструкциям 3-й категории трещиностойкости. Прочность бетона к моменту отпуска натяжных устройств (передаточная прочность) принимается .
6.2. Расчетный пролет и нагрузки.
Расчетный пролет арки ,
где а – расстояние от торца арки до точки опирания на колонну.
Расчетная постоянная нагрузка на 1 м с учетом веса арки
Расчетная временная нагрузка при , для г.Севастополя
6.3. Геометрические характеристики и усилия в сечениях арки.
Арку рассчитываем как двухшарнирную с затяжкой. Из соображений унификации блоков ось арки выполняем по круговому очертанию.
Варианты загружения и статическая схема арки приведены на рис. 6.1.
а)
б)
Рис. 6.3.1 Варианты нагружения арки:
а – сплошная нагрузка; б – односторонняя снеговая нагрузка.
Находим геометрические характеристики арки согласно рис. 3.3.2
Радиус круговой оси: м,
где - стрела подъема, принятая равной примерно 1/9 пролета, то есть 3,97 м;
Центральный угол 25°8´≈25°
Длина арки м,
Арку разбиваем на 10 равных частей (дуге 0,1части соответствует угол =5°)
и определяем горизонтальные ординаты сечений по формулам :
; ,где
Величина у6 соответствует длине стрелы подъёма f. Результаты вычислений приведены в таблице 6.3.
Рис. 6.3.2. Схема геометрических характеристик арки.
Таблица 6.3.
К определению значений х и у.
Номер сечения
град
х, м
у, м
1
25
0.4226
0.9063
0.00
2
20
0.3420
0.9397
3.47
1.44
3
15
0.2588
0.9659
6.96
2.54
4
10
0.1736
0.9848
10.53
3.33
5
0.0872
0.9962
14.15
3.81
6
0
0.0000
1.0000
17.8
3.97
7
8
9
11
Предварительно задаемся площадями сечений арматуры в арке и в затяжке, а так же вычисляем геометрические характеристики их сечений.
Рис.6.3.1. Сечение блока арки.
Принимаем с округлением .
Отношение модулей упругости для арки .
Тогда площадь приведенного симметричного армированного сечения арки
Момент инерции приведенного сечения при расстоянии до центра тяжести
Радиус инерции приведенного сечения
Так как площадь сечения затяжки , то сечение арматуры принимаем приближенно
Учитывая, что для затяжки отношение модулей упругости . Определяем площадь приведенного сечения затяжки:
Коэффициент податливости затяжки:
Для каждого случая загружения (см. рис. 3.1.) находим распор от нагрузки , принятой за единичную :
для равномерно распределённой нагрузки
для односторонней равномерно распределённой нагрузки на половине пролёта арки:
По вычисленному распору для каждого вида загружения определяем расчётные усилия в сечении арки. Для этого сначала определяем балочные моменты и поперечные силы .
При равномерно распределённой нагрузке балочные момента и поперечные силы находим по формулам:
где - опорная реакция в балке.
При загружении половины пролёта арки балочный момент и поперечную силу в незагруженной части определяем по формуле:
где - реакция в балке со стороны незагруженной части.
После вычисления балочных моментов и поперечных сил определяем расчётные усилия для всех сечений арки:
где - угол между касательной к оси арки в ассматриваемом сечении и горизонталью (см. таб. 3.3 и рис. 3.1); - изгибающий момент и поперечная сила в балке на двух опорах пролётам равным пролёту рассчитываемой арки.
Определим в середине пролёта арки при действии равномерно распределённой нагрузке при ;
Далее расчёт производим аналогично.
В таблице 3.4 приведены усилия от единичной нагрузки , распределённой по всему пролёту; а в таблице 3.5.– усилия в арке от единичной нагрузки на левой половине.
Таблица 6.4.
Усилия от распределённой нагрузки
распределённой по всему пролёту
Н, кН
, кНм
, кН
38,6
0,00
17,8
42,51
-0,18
55,75
14,33
0,17
41,17
0,27
99,67
10,84
1,63
40,09
0,48
131,99
7,27
3,45
39,27
0,46
151,76
3,65
4,69
38,77
158,42
5,18
-3,65
-0,27
-7,27
-0,46
-10,84
-0,48
-14,33
-17,8
0,18
Таблица 6.5.
Усилия от распределённой нагрузки на левой половине
19,3
13,35
23,13
3,94
40,31
9,88
12,52
21,52
2,68
68,69
6,39
19,67
20,3
1,18
85,16
2,82
20,89
19,5
-0,57
88,79
-0,8
15,26
19,16
-2,48
79,21
-4,45
2,58
62,97
-10,56
19,31
-2,75
46,86
-17,41
19,39
-1,03
30,97
-18,05
19,41
0,7
15,44
-12,35
19,29
2,42
19,37
4,13
Для вычисления расчётных усилий в сечениях арки необходимо для каждого вида загружения величины, приведенные в табл. 6.4. и 6.4. умножить на переводные коэффициенты, определяемые по формулам:
для постоянной нагрузки:
В табл. 3.6. приведены значения усилий от всех видов нагрузок, а также расчётные комбинации усилий при наиболее невыгодном их сочетании.
Распор от расчётных нагрузок при - среднее значение коэффициента надёжности по нагрузке:
6.4. Расчёт прочности затяжки.
Арматуру затяжки подбираем как для центрально растянутого элемента по условиям прочности.
Из условия прочности определяем необходимое сечение арматуры:
мм2
Число канатов при Ø6мм
Принимаем 96 проволок :
Рис.6.4.1.Армирование затяжки.
6.5. Определение потерь предварительного напряжения арматуры затяжки.
По условиям эксплуатации арки в закрытом помещении затяжка относится к 3-й категории трещиностойкости. В то же время предельно допустимая ширина раскрытия трещин, обеспечивающая сохранность арматуры Ø 6 , весьма мала (). Поэтому предварительное напряжение арматуры механическим способом можно назначить максимальным:
МПа.
Первые потери напряжения (до обжатия бетона)
От релаксации напряжений при механическом способе натяжения:
МПа
Потери температурного перепада отсутствуют, т.к. по мере увеличения постоянной нагрузки на арку арматура затяжки подтягивается .
Потери от деформации анкеров при инвентарных зажимах:
где м – длина арматурного стержня, расстояние между упорами стенда.
Поскольку напрягаемая арматура не отгибается, потери от трения арматуры об огибающие приспособления отсутствуют, т.е.
От деформации стальной формы при отсутствии данных о её конструкции
Потери от быстропротекающей ползучести бетона:
Учитывая симметричное армирование, считаем .
Напряжение в бетоне при обжатии: МПа
Т.к. отношение , то для бетонов естественного твердения:
Первые потери составят:
Вторые потери напряжения
От усадки тяжелого бетоны класса В30 естественного твердения: МПа
От ползучести бетона:
Т.к. отношение , то для бетонов
естественного твердения: МПа
Вторые потери составят: МПа
Суммарные потери: МПа
Напряжение с учётом всех потерь:
Усилие обжатия с учётом всех потерь:
6.6. Расчёт трещиностойкости затяжки
Проверяем сечение затяжки по образованию трещин. Расчёт производится с учётом коэффициента точности натяжения
Т.к. значение распора при , , то трещины в затяжке не образуются.
6.7. Проверка прочности затяжки при обжатии бетона.
Определяем усилие обжатия бетона как для центрально обжатого элемента с учётом всей напрягаемой арматуры. При натяжении арматуры на упоры прочность затяжки проверяется из условия:
Предварительное напряжение с учётом первых потерь определяются при
Тогда
где - приземная прочность бетона к моменту его обжатия, вычисляется по интерполяции при .
Условие выполняется, следовательно, прочность затяжки при её обжатии обеспечена.
6.8. Расчёт прочности нормальных сечений верхнего пояса арки.
В сечениях арки действуют изгибающие моменты, сопоставимые по величине, но разные по знаку (см. табл. 3.6.)
Поэтому принимаем симметричное армирование арки
Сечение арматуры в средних блоках арки определяем по наиболее невыгодной комбинации усилий. В сечениях 4 и 5 действуют практически равные моменты, однако значение продольной силы в сечении 5 меньше. Следовательно . Поэтому за расчётное принимается сечение 5.
В этом сечении расчётные комбинации усилий:
от полной нагрузки: М = 450,3кНм
N = 2406,8кН
от длительных нагрузок: Мl = 262,6кНм
Nl = 2171,1кН
Расчётная длина в плоскости арки:
где L – длина арки в доль её геометрической оси.
Т.к. , расчёт производим с учётом прогиба элемента.
Находим рабочую высоту сечения:
мм.
Т.к. момент кратковременных нагрузок (снег справа и слева) М-Мl=450,3-262,6=187,7 кНм меньше момента от суммы постоянных и длительных нагрузок, т.е. М- Мl=187,7 кНм <Мl=262,6 кНм. то М и Мl одного знака.
; принимаем
Конструкция двух шарнирной арки статически неопределимая
см > - больший из случайных эксцентриситетов:
Следовательно случайный эксцентриситет не учитывается.
Принимаем ;
Условная критическая сила для элемента двутаврового сечения без предварительного напряжения:
Проверяем условие:
- условие выполняется.
Определяем коэффициент, учитывающий влияние прогиба:
Определение площади сечения арматуры внецентренно сжатого элемента
двутаврового профиля.
мм;
МПа;
Граничная относительная высота сжатой зоны:
где =365 МПа для арматуры класса А-III
Положение нейтральной оси проверяем из условия:
Нейтральная ось проходит в пределах ребра, поэтому расчёт производим с учётом тавровой формы сечения.
мм
Принимая во внимание необходимость учёта сжатых свесов полки, вычисляем:
где ; мм2
При наличии сжатой полки:
Относительная высота сжатой зоны бетона определяется:
Площадь симметричной арматуры таврового сечения:
Коэффициент армирования
Т.к. полученный коэффициент армирования меньше нормируемого , то площадь сечения арматуры определяется:
Принимаем с каждой стороны по 5 Ø20 А-III ,
Рассчитываем сечение 1(в крайних блоках). По таблице 3.6. расчетная комбинация в этом сечении:
Так как , то внецентренно сжатый элемент можно рассчитывать как элемент со случайным эксцентриситетом.
По СНиП 2.03.01-84. «Бетонные и железобетонные конструкции» определяем коэффициент ,
Принимаем
Т.к. , то принимаем
Площадь сечения арматуры:
где .
Повторяем расчёт при новом значении
Принимаем армирование элемента 5Ø25 А-III
Проверяем прочность сечения 10 первого блока при принятой арматуре
5Ø25 А-III для следующих значений усилий:
Расчет проводим с учетом тавровой формы сечения.
Определяем коэффициент увеличения начального эксцентриситета с учетом двутавровой формы сечения.
следовательно, и имеют разные знаки.
, принимаем .
конструкция статически неопределимая
принимаем
Принятое армирование 5Ø25 А-III , достаточно.
6.9. Расчёт прочности наклонных сечений арки.
Выполняем расчёт наклонного сечения, идущего от грани опоры арки. Условно считаем всю нагрузку на верхний пояс арки равномерно распределённой.
Максимальная поперечная сила действует в сечении 11 , .
Коэффициент, учитывающий влияние продольной силы:
Коэффициент, учитывающий влияние сжатых поло двутаврового сечения арки:
где . Принимаем 330.
где = 0,6 для тяжёлого бетона.
В этом случае поперечную арматуру устанавливаем по конструктивным соображениям. Принимаем 2 Ø 8 A III, , шаг
Проверяем прочность наклонной полосы между наклонными трещинами на действие поперечной силы.
=0,01 для тяжёлого бетона
Т.к. , то
следовательно, прочность наклонной полосы достаточна.
6.10. Расчёт прочности и трещиностойкости подвески.
Подвеску рассчитываем на осевое растяжение от веса подвески и участка затяжки длиной 6000 мм.
где -площадь поперечного сечения подвески. = 3,25 м- длина наиболее загруженной подвески; - коэффициенты надёжности по нагрузки и по назначению; - средняя плотность железобетона.
Принимаем 4 Ø 10 A III,
Производим расчёт подвески по образованию трещин:
Следовательно трещиностойкость подвески обеспечена.
6.11. Конструирование.
6.11.1. Армирование сечений.
6.11.2. Армирование узлов.
7. Список литературы.
1.ДБН В.1.2-02-2006.СНБС. Нагрузки и воздействия. К.: МинУкр, 2006;
2.СНиП 2.03.01-84. Бетонные и железобетонные конструкции. М.: ЦИТП, 1989;
3.Пособие по проектированию бетонных и железобетонных конструкций из лёгких и тяжёлых бетонов без предварительного напряжения арматуры (к СНиП 2.03.01-84). М.: ЦНИИпромзданий Госстроя СССР, 1984;
4.СНиП II-21-75. Бетонные и железобетонные конструкции. – М.: Стройиздат, 1976;
5.Байков В.Н.., Сигалов Э.Е. «Железобетонные конструкции: общий курс». Учебник для вузов. – 4-е изд., перераб. – М.: Стройиздат, 1985. – 728 с., ил
6.Железобетонные конструкции: Курсовое и дипломное проектирование / Под ред. А.Я. Барашикова. – К. : Вища шк. Головное изд-во, 1987. – 416 с.
Страницы: 1, 2