Существует пять типов трещин, которые могут образоваться в предварительно напряженных бетонных балках с отверстиями. Эти типы трещин и метод борьбы с ними будут описаны в данной статье. Различные виды трещин в предварительно напряженных бетонных балках с проемами показаны на рисунке 1.
Виды трещин вокруг отверстий в предварительно напряженных железобетонных балках
Виды трещин в предварительно напряженных бетонных балках с проемами
Ниже перечислены типы трещин в предварительно напряженных бетонных балках вокруг проемов:
a) Трещины в середине глубины проема под действием силы предварительного напряжения
b) Трещины в углах проема в результате действия обрамления в области проема
c) Трещины сдвига в хорде
d) Трещины на изгибе в хорде, вызванные изгибающими напряжениями, возникающими от вторичного момента
e) Трещины в хорде растяжения из-за нормальных растягивающих напряжений
Следует сказать, что первый тип трещин (a) развивается на этапе передачи предварительного напряжения, когда балка подвергается действию силы предварительного напряжения, а остальные (b, c, d, e) возникают на этапе эксплуатационной нагрузки. На последней стадии на балку действуют сила предварительного напряжения и вертикально приложенные нагрузки.
Трещины на средней глубине проемов
Вертикальные растягивающие напряжения на границе отверстий в бетонных балках возрастают под действием сил предварительного напряжения и образуют горизонтальные трещины. Наибольшие значения напряжений возникают вблизи середины глубины проема независимо от места приложения силы предварительного напряжения или расположения отверстий.
Величина напряжений увеличивается при увеличении глубины отверстия или при перемещении отверстия вверх по вертикали в направлении горизонтальной линии действия силы предварительного напряжения. Раскалывающее растягивающее усилие выдерживается как бетоном, так и стальной арматурой до того, как в элементе появятся трещины.
Для борьбы с этим типом трещин вокруг проемов следует предусмотреть достаточное количество стяжек, которые должны располагаться как можно ближе к краю проема.
Трещины на углах проема
Существует два различных напряжения, которые приводят к образованию трещин в углах проемов предварительно напряженных балок. Во-первых, вертикальное растягивающее напряжение, возникающее в результате действия силы предварительного напряжения, достигает предельного значения, обозначенного (ft) на рисунке 2, в середине проема и все еще значительно велико в углу, обозначенном (ftf).
Во-вторых, вертикально приложенная нагрузка развивает напряжения, которые распространяются вдоль горизонтальной плоскости и проходят через верхний угол проема в момент высокого момента. Это напряжение изменяется от растяжения к сжатию в верхнем и нижнем углу, и такое же распределение напряжений происходит в других углах в конце низкого момента, как показано на рисунке 3.
Совместное воздействие обоих вышеупомянутых напряжений приводит к тому, что пиковое растягивающее напряжение при раскалывании движется вниз в низком моменте конца отверстия и движется вверх в высоком моменте конца отверстия. Поэтому трещины возникают в нижнем углу конца отверстия с низким моментом и верхнем углу конца отверстия с высоким моментом, как показано на рис. 1.
Так как комбинированное воздействие напряжения, возникающего в результате предварительного напряжения и приложенной нагрузки, почти вертикально, поэтому установка вертикальных стяжек оказывает существенное влияние на контроль трещин в углах.
Вертикальное напряжение расслоения при раскрытии предварительно напряженной балки
Вертикальные напряжения, развиваемые вертикальными нагрузками
Сдвиговые трещины в хордах
Напряжения сдвига вблизи углов раскрытия и в хордах раскрытия возникают под действием сил предварительного напряжения и вертикальных нагрузок соответственно, как показано на рисунке 4. Величина этих напряжений зависит от глубины проема и его вертикального положения.
Наконец, для борьбы со сдвиговыми трещинами используются вертикальные стремена, количество и расположение которых рассчитывается обычным способом.
Напряжение сдвига вокруг отверстия предварительно напряженной балки
Трещины при изгибе в хордах
Первичный момент в балке и вторичный момент в хорде вызывают изгибающие напряжения в верхнем и нижнем углах проема при больших и малых конечных моментах соответственно, и, следовательно, возникают изгибные трещины.
Несмотря на то, что трещины при изгибе развиваются в области растяжения балки, можно наблюдать трещины при изгибе в области сжатия хорды, что вызвано наличием вторичного момента.
Вторичные моменты возникают в результате сдвиговых напряжений в элементах хорды. Наконец, для предотвращения или ограничения трещин при изгибе используется армирование изгиба.
Растрескивание напряженной хорды
В случае, когда хордовые элементы неглубокие и чистое осевое напряжение в середине хорды больше, чем допустимое растягивающее напряжение бетона, трещины могут развиваться по всей глубине хорды.
Это можно контролировать, обеспечивая изгибное армирование и располагая его одинаково на верхней и нижней гранях хордового элемента.
Читать далее:
Проектные пропорции преднапряженной бетонной смеси
Обслуживание предварительно напряженных бетонных конструкций от разрушения
- Концепция проектирования высотных зданий из железобетона.
- Проектирование кровельных ферм.
- Режимы разрушения в бетонных балках: разрушение при изгибе и сдвиге.
- Виды трещин в свежем и затвердевшем бетоне, их причины и борьба с ними.
- Виды проемов в стенах, их части и типы перемычек и арок для проемов.
- Детализация железобетонных балок в соответствии с кодексом ACI.
- Основы проектирования балок.