Факторы, влияющие на прогибы железобетонных балок и перекрытий

Существуют различные факторы, влияющие на прогибы железобетонных балок и плит, которые необходимо учитывать и адекватно оценивать при проектировании и строительстве.
Эти факторы можно разделить на две группы, включая параметры, известные до начала строительства, и факторы, неизвестные до начала строительства. Показано, что неизвестные факторы оказывают большее влияние, чем те, которые известны до строительства.
Более того, потенциальное изменение прогибов железобетонных балок и плит может быть оценено путем расчета прогибов с использованием реалистичных максимальных и минимальных значений параметров. В данной статье рассматриваются наиболее важные и влиятельные факторы.

Ниже перечислены факторы, влияющие на прогибы изгибаемых элементов (балок и плит) в железобетонных конструкциях:

Ошибки при расчете прогибов изгибаемых элементов
Нагрузка на изгибаемые элементы
Жесткость изгибаемых элементов
Факторы, влияющие на жесткость
Конструктивные вариации изгибаемых элементов
Ползучесть и усадка в изгибаемых элементах

Ошибки при расчете прогибов балок и перекрытий

Как правило, расчеты выполняются человеком, поэтому расхождение между фактическими и вычисленными прогибами может быть вызвано в основном ошибками вычислений. В следующих разделах обсуждаются и объясняются некоторые из таких вычислительных ошибок.
Существует множество этапов расчета прогибов, которые должны быть рассмотрены для получения окончательного результата прогиба. Любая ошибка на любом этапе может оказать значительное негативное влияние на конечный результат. Например, если вероятность ошибки составляет 1% на каждом этапе, то вероятность ошибки в конечном результате составляет около 10%. Более того, считается, что ошибки вычислений в пределах 25 – 50% являются редкостью.
Длительность и сложность расчета прогибов можно уменьшить, применив компьютерную программу. Программа должна учитывать большинство параметров, которые влияют на прогиб изгибаемых элементов, и достоверно рассчитывать и ожидать прогиб конструкции в широком диапазоне условий со значительной точностью.
Наконец, важно, чтобы инженер-практик сравнивал расчетные и эксплуатационные прогибы, чтобы достичь и развить сильные навыки суждения.
Использование факторизованных нагрузок или моментов, а не фактических рабочих нагрузок или моментов при расчете прогиба является еще одним источником ошибок при расчете прогиба балок и перекрытий (изгибаемых элементов).
Наконец, вместо фактических моментов для рассматриваемых условий нагружения могут быть использованы предельные моменты, полученные из коэффициентов моментов при расчетной нагрузке.

Нагрузки на балки и перекрытия из РМК

Существует ряд факторов, основанных на нагрузках, которые влияют на прогибы балок и плит из РСС, например:

Важно учитывать историю нагрузок из-за того, что модули упругости и разрыва бетона различны в разном возрасте и, следовательно, влияют на непосредственный прогиб.

Используйте фактические нагрузки вместо нагрузок, которые учитываются при расчете прочности. Более того, часто бывает, что нагрузки, определяемые строительными нормами и правилами, в реальных условиях никогда не достигаются.

Учитывайте соотношение долгосрочных и временных нагрузок. Поскольку ползучий прогиб происходит, когда нагрузка сохраняется в течение некоторого времени, поэтому постоянные нагрузки под напряжением приводят к большему ползучему прогибу по сравнению с преходящими нагрузками под напряжением. Более того, некоторые нагрузки, действующие в течение длительного времени, могут привести к значительному прогибу, в то время как те, которые действуют в течение некоторого времени, не могут вызвать измеримого долговременного прогиба.

Правильно оцените живую нагрузку; когда фактическая живая нагрузка меньше расчетной, отношение приложенного момента к моменту разрушения будет меньше. Это может привести к увеличению эффективного момента инерции, следовательно, прогиб под действием мертвой и живой нагрузки будет меньше.

Рассмотрим резервирование; например, когда железобетонный элемент, поперечный к основному пролету, может нести некоторые нагрузки, следовательно, момент уменьшается, что в свою очередь уменьшает прогиб рассматриваемого элемента.

Жесткость при изгибе балок и плит из РМК

Рекомендуется использовать как фактический модуль упругости (Ec), так и модуль разрыва (fr) из-за их влияния на прогиб. Кодекс Американского института бетона определяет соотношение fr?(fc’)0.5 = 7.5, однако в зависимости от ряда исследований это соотношение меняется от 7.5 до 10.
Момент инерции увеличится на 75 процентов, если модуль разрыва увеличится на одну треть. Значение по кодексу ACI является консервативным, поэтому расчетный прогиб больше фактического.
Более того, в случае, когда преждевременные трещины, вызванные строительными нагрузками не допускаются, рекомендуется использовать эффективный момент инерции на всех этапах нагружения, основанный на количестве трещин на данном этапе.
Кроме того, необходимо выполнить только один расчет жесткости на изгиб и рассмотреть одно условие растрескивания, т.е. когда достигается максимальная нагрузка, если предельная нагрузка возникает во время строительства.
Это предположение не только подтверждается наблюдениями на стройплощадке, где наиболее экстремальные ситуации нагружения происходят во время строительства, когда на конструкцию действуют нагрузки от опирания вышележащих этажей и другие строительные нагрузки, но и обеспечивает более простой и легкий расчет.
Кроме того, фактическое расположение арматуры в том виде, в котором она была построена, следует использовать при исследовании конструкции полностью, особенно если между построенным и заданным положением имеется значительное отклонение.
Для расчета полного и трещинного моментов инерции используйте фактическое расположение и количество сжатой арматуры. Аналогично, используйте фактическое расположение и количество арматуры на растяжение для расчета момента инерции при трещинах.
И последнее, но не менее важное: учитывайте влияние фланцев, даже если оно незначительно. Момент инерции без трещин и с трещинами мал, а расчетный прогиб велик, если используется прямоугольное сечение, а не Т-образное.
И, наконец, дайте обоснованную оценку вклада жесткости концевых участков в общую жесткость вместо усреднения жесткости концевых и средних пролетов.
Применение жесткости в середине пролета может дать удовлетворительные результаты для обычной и простой процедуры расчета, однако точность расширенного расчета может быть увеличена путем включения жесткости в концевой области.

Неподвижность балок и плит RCC

Необходимо учитывать вращение опоры в консолях, поскольку вращение опоры может создать перемещение, превышающее изгибную деформацию элемента. Более того, поворот может привести к подъему или опусканию конца в зависимости от нагрузки и размеров обратного пролета.
Кроме того, учитывайте близлежащие ограничения, которые обеспечиваются ненагруженными параллельными элементами за счет жесткости несущих балок на растяжение.
Кроме того, распределение моментов следует определять по фактической жесткости и условиям нагружения элемента, а не по предложенным призматическим элементам.
Еще одна мера, которую следует рассмотреть, – это учет жесткости соединений, если они не являются прочными или имеют достаточное анкерное армирование. Этот эффект аналогичен влиянию вращения опоры в консолях. Не существует аналитических инструментов, которые удовлетворительно справляются с этим вопросом.
Наконец, концевые пролеты должны анализироваться с осторожностью, так как они чувствительны к предположениям о моменте на критических участках. Если предполагается, что концевая опора имеет малую жесткость, то положительный момент в концевой опоре будет высоким, и, следовательно, расчетный прогиб будет большим, независимо от наличия большего количества стальных стержней, чтобы выдержать больший момент.
Поэтому проектировщики могут использовать более широкие балки и большее количество арматуры в концевых пролетах для контроля прогиба, а не для обеспечения прочности.
В дополнение ко всем вышеупомянутым факторам, процедуры укрепления и перекрепления должны точно контролироваться из-за существенного влияния распределения моментов на изменение прогиба. Неправильные процедуры могут создать моменты, которые могут быть более серьезными, чем те, на которые рассчитана конструкция.

Конструктивные отклонения изгибаемых элементов

Как правило, проектировщик не может ничего сделать с отклонениями в конструкции, кроме определения допусков и процедур. Стандарт ACI 117-10 предусматривает допуски на установку стали, контуры бетона и свойства материалов.
Когда максимальные отклонения используются в одном и том же направлении для расчета прогиба, их влияние может быть значительно большим. Однако, скорее всего, вариации аннулируют друг друга, и их эффект не будет высоким, если они не влияют друг на друга в одном и том же направлении.
В следующих разделах объясняются некоторые чрезвычайно серьезные отклонения в конструкции, которые влияют на прогибы балок и плит из РСС:

Допуски на очертания бетона могут привести к меньшему или большему размеру элемента по сравнению с заданным.

Вследствие силы тяжести бетонное покрытие может быть тоньше, чем определено. Момент инерции трещин увеличивается по мере увеличения эффективной глубины. Гравитационное воздействие приводит к увеличению покрытия верхнего бруса и уменьшению эффективной глубины и момента инерции.

Модуль упругости бетона на разрыв более изменчив, чем прочность на сжатие. Он может изменяться по длине элемента и, скорее всего, достигнет среднего значения в своем влиянии на прогиб.

Прочность бетона на сжатие может быть выше на 15%, чем указано, и увеличить модуль упругости на 7%. Если конструкция нагружена до достижения проектной прочности, то отрицательное влияние на прогиб может быть более серьезным, чем показывает более низкая прочность бетона, так как коэффициент ползучести может быть на 50% больше при соотношении напряжение/прочность fc / fc’ > 0,50, чем при fc / fc’ < 0,50. Именно поэтому следует предотвращать нагружение конструкций, чувствительных к прогибу, до достижения ими проектной прочности.

Если числа нижнего бруса меньше или больше, чем указано, эффект будет пропорциональным, когда элемент треснет.

Ползучесть и усадка в изгибаемых конструкциях

Существуют различные факторы, влияющие на ползучесть и усадку, такие как возраст нагрузки, минимальная толщина, относительная влажность, отношение объема к поверхности, содержание цемента, осадка, заполнители, содержание воздуха, температура окружающей среды и примеси. Эти факторы рассматриваются в ACI 209.1R-05.
Читать далее:
Как контролировать прогиб железобетонных балок и плит?
Строительные меры и материалы для уменьшения прогиба железобетонных балок и плит
Причины чрезмерных прогибов в железобетонных плитах
Минимальная толщина двухпустотной плиты согласно ACI 318-11 для контроля прогиба
Методы повышения пластичности балок из РСС с помощью полимерных стержней, армированных волокном

Читайте далее: