Ригель железобетонный: Железобетонный ригель: характеристики и технология

Железобетонный ригель: характеристики и технология

Строительство имеет в арсенале конструкционные элементы, которые позволяют возводить ажурные здания. Одним из важнейших изделий являются железобетонные ригели, принимающие на себя вес плит перекрытий многоэтажных строений. От их качества и характеристик зависят надежность и долговечность зданий. Конструкционные особенности этой железобетонной продукции разнообразны, поэтому не всегда удается увидеть принципиальные различия между балкой и ригелем.

Определение

Ригелем называется железобетонное изделие с армированием, которое служит горизонтальным соединителем вертикальных конструкций (колонн, подвесов, стен) и несет на себе нагрузку плит перекрытий и других элементов.

Вернуться к оглавлению

Материалы и характеристики

Основу их прочности формируют бетоны (тяжеловесные) классов (на сжатие) от В22,5 до В60. Армирование продукции осуществляется металлической стержневой термомеханически упрочненной и горячекатаной арматурой с периодическим профилем, а также арматурными стальными канатами, арматурной сталью упрочненной вытяжки предусмотренных классов и проволокой различной прочности.

Ригель железобетонный должен иметь набранную нормативную прочность бетона, измеренную в трех временных точках: отпускную (70% и 85% в теплое и холодное время соответственно), передаточную, проектную. Такие изделия имеют высокие показатели морозоустойчивости, сопротивления агрессивным газовым составам, антикоррозионной защищенности, влагонепроницаемости, огнестойкости.

Готовая продукция имеет высокие параметры соответствия по: жесткости, трещиностойкости и прочности. Даже нормируются размеры допусков размещения выпусков арматуры (сваривается с арматурой колонн) на внешней поверхности — не больше 3 мм. Торцевые соединительные пластины и стержни прочно соединяются сваркой с внутренней осевой арматурой.

Вернуться к оглавлению

Назначение

Создание многоэтажных конструкций.

Ригели соединяют вертикальные конструкционные элементы сооружений, сами являясь опорами для плит перекрытий. Данная функция способствует формированию жесткой пространственной прочности арматуры постройки, объединенной сваркой. Такие конструкции гарантируют геометрическую стабилизацию сооружения в целом, передавая вес горизонтальных конструкций на опорный вертикальный «скелет» здания. Пояс из подобных изделий способен поднять цоколь над фундаментом на нужную высоту, укрепить и разгрузить последний. Их задействуют для сборки сооружений с широкими пролетами помещений (ангары, торговые залы), усиления колонн в помещениях с высокими потолками.

Данные элементы проектируются, чтобы выдерживать значительные нагрузки, когда уложены как балки или используются как колонны. Железобетонными ригелями в многоэтажных зданиях могут формироваться оконные комиссуры, ограды. В строительстве повышенной этажности и в конструкциях особенно больших габаритов задействуется модификация ригеля, которая имеет длину 12 м.

Данная разновидность проявила себя надежнее, чем образцы из стали. Транспортная инфраструктура (ограждения, парапеты, переходы, виадуки, мосты и пр.) активно сооружается с применением ригелей. В энергетике изделия используются для увеличения площади несущего основания мачт линий электропередач, что позволяет горизонтально распределять нагрузки для повышения несущей способности опор.

Вернуться к оглавлению

Особенности

Их конструкции имеют различные профиль, размеры (длину, поперечное сечение), материал, способ крепления, что определяется конкретным местом применения. Фигура образцов в поперечнике — тавр, имеющий одну или две полки (для плит перекрытий), а также прямоугольник и т-образная без полок. Вариант с одной полкой позволяет опирать плиты с одной стороной (лестничный марш, торцевой пролет здания).

На модель с двумя полками опираются две плиты (характерно для центральных пролетов). Т-образные модификации с низко расположенной полкой уменьшают видимый выход тела конструкции внутрь помещений. На прямоугольные ригели нагрузка укладывается просто сверху. Конструкционные особенности и предназначения построек предполагают применение жесткого или шарнирного способов крепления ригелей.

Вернуться к оглавлению

Маркировка

Продукция маркируется цифро-буквенным кодом, разделенным тире на группы. Пример — РДП 6.56-110АIV. 1-я группа указывается тип ригеля, его высоту в поперечнике и длину (дм), округленные до целых чисел. Разрешается заменять содержание данной группы на наименование изделия — ригель («Р») с указанием стандартизованного типоразмера. Вторая — дает информацию о несущей способности (в кН/м) изделия или же о его порядковом номере по несущей способности. Далее для предварительно напряженной арматуры указывается класс стали (латинская буква и римская цифра).

Так маркировка РДП 6.56-110АIV на продукции сообщает: тип РДП – ригель для железобетонных многопустотных плит, высота 6 дм (600 мм), длина 56 дм (5560 мм), несущая способность 110 кН/м, внутри заложена сталь класса А-IV. В ряде случаев используется третья группа обозначений, характеризующая специальные условия, в которых изделие может использоваться. Это касается, к примеру, сопротивляемости средам агрессивным газов, сейсмическим толчкам. Также может быть учтена установка добавочных закладных деталей.

Продукция с маркировкой РДП 6.56-110АIV-На, например, в 3-й группе сообщает, что материал изделия — бетон с нормальной («Н») проницаемостью (допустим к эксплуатации в слабоагрессивных газообразных средах), внутри которого установлены добавочные закладные элементы («а»). Ригели по типам обозначаются буквами: Р – прямоугольный, РО – однополочный (РОП – для плит многопустотных, РЛП – для лестничных маршей, РОР – под ребристые плиты, РЛР – аналогично РЛП), РБ – бесполочный в виде буквы «Т» (РБП – для плит многопустотного изготовления, РБР – для плит в ребристом варианте), РД – двухполочный (РДП – под железобетонные многопустотные плиты, РДР – под ребристые плиты) и РКП – балконный (консольный) для многопустотных плит. Встречаются ригели с аббревиатурой изготовителя (по ТУ), учитывающей специфику их формы, например, РВ, РМ, АР и пр.

Вернуться к оглавлению

Отличие ригеля от балки

С точки этимологии, балка – это более широкое понятие, а ригель – это та же балка, но выполняющая узкоспециализированную функцию.

Ригель можно считать горизонтальной балкой с особыми несущими функциями (принимает нагрузки с любых направлений) в качестве основного опорного элемента каркаса здания. Он является горизонтальной частью рамы, которая жестко связана с вертикальными стойками основной несущей конструкции (расчету не подлежит). Балка, уложенная горизонтально или под наклоном, работает как самостоятельная конструкционная единица каркаса строения, только преимущественно на изгиб (при проектировании рассчитывается). Ригели и балки нельзя взаимозаменять, так как первые монолитные (железобетонные или металлические), имеют большой вес, жесткость и прочность, а вторые, как правило, имея небольшую массу, изготавливаются из дерева или полых металлических конструкций.

Функциональность работы ригелей достаточно узкая, а сфера применения значительная. Назначение железобетонного ригеля четко определено и, независимо от условий, неизменно. Тогда как определение «балка» само по себе широкое, включающее и ригель. Балки применяются в строительной индустрии в виде перекрытий или их поддержки (пример — чердачное помещение, основной функцией конструкции которого является распределение нагрузки балок со стропилами на ригели), а также покрытий.

Вернуться к оглавлению

Как сделать ригель?

Установка опалубки.

Прямо на стройплощадке возможно отлить железобетонный ригель. Тяжелое монолитное изделие не должно формировать каркас в деревянных или каркасных постройках. Его использование потребует внимательнее рассчитать прочность фундамента. На подготовительном этапе создается прочная опалубка, задающая правильные, точные геометрические размеры и форму с ребрами жесткости. Для формирования дна формы используются металлические листы (доска), для боковин — толстая влагостойкая фанера.

Форма устанавливается на т-образные опоры из досок и горизонтируется. Ее дно и внутренние стенки аккуратно укрываются рубероидом (пленкой). Длина и нагрузки на железобетонную конструкцию определяют количество каркасов армирования (верхний, нижний), формируемых в ригеле. Высота нижнего края нижнего каркаса над дном составляет не менее 3 см, а верхний должен располагаться в 3-х см ниже уровня верхнего среза формы. Армирующие каркасы формируются за пределами формы и затем устанавливаются в нее.

Низовая арматура делается непрерывной и укладывается продольно (принимает нагрузку на растяжение), ее диаметр — не меньше 1 см. Каркасы обвариваются (вяжутся проволокой). Нижнее продольное армирование не стыкуется в центральной трети длины, а верхнее — на крайних четвертях длины. Бетонный раствор замешивается из частей щебня, песка, цемента в пропорции 4/2/1 и воды. Заливка делается непрерывно, смесь трамбуется вибратором. Уход за бетоном изделия первые 7 – 10 суток осуществляется по сезону.

Боковые щиты снимаются через 2 недели, нижняя опора ригеля сохраняется до истечения 28 суток. Затем инструментально проверяется качество бетона. При положительном результате ригель нагружается после полного набора марочной прочности.

Вернуться к оглавлению

Вывод

Железобетонная конструкция, называемая «ригель», является центральным несущим конструкционным элементом каркасов зданий. Данные изделия имеют неизменное назначение в отличие от балок, которые являются наполнителями каркасов строений.

Ригели РДП

Ригели РДП двухполочные

Двухполочные ригели типа РДП — это горизонтальные опорные балки, которые распределяют нагрузку от плит покрытий, плит перекрытий и прогонов и передают эту нагрузку на опору. Основное применение ригеля РДП в качестве опоры для двустороннего опирания плит — в средних пролетах каркаса здания.

Наличие двух симметричных полок в конструкции позволяет жби ригелям РДП служить надежной опорой для плит и прогонов. Также двухполочный ригель служит для жесткого или шарнирного соединения вертикальных элементов, стоек, колонн между собой.

Ригели РДП широко используются в качестве каркасной опоры при возведении многоэтажных жилых, административно-бытовых, общественных и производственных объектов, а также – межвидовых сооружений. Применение двухполочного ригеля возможно в зданиях с пролётами 3, 6 и 7,2 метров и только в неагрессивных средах.

Двухполочные ригели железобетонные РДП изготавливаются в форме вытянутой прямоугольной балки, имеющей две выемки – полки, которые и служат опорой для многопустотных плит. Ввиду того, что ригели должны выдерживать достаточно большие нагрузки, их изготавливают из тяжелого бетона марки М300 — М500, классом не ниже В15, классом морозостойкости – не ниже F100, классом влагостойкости – W4. Бетон, для придания ему большей прочности, армируется ненапрягаемой и напрягаемой арматурой из стали, представляющей собой пространственный каркас с добавлением к нему специальной сетки, которая используется для укрепления нижней грани железобетонного ригеля. Арматура и закладные изделия в обязательном порядке обрабатываются специальными растворами, препятствующими образованию коррозии.

Двухполочные ригели РДП бывают в двух исполнениях: монолитными или сборными. Сборные конструкции ригелей РДП применяются в случае строительства крупных и сложных объектов или построек.

Двухполочные ригели РДП изготавливаются в соответствии с ГОСТ 18980-90 «Ригели железобетонные для многоэтажных зданий технические условия» и серией 1.020-1/87 «Конструкции каркаса межвидового применения для многоэтажных общественных зданий, производственных и вспомогательных зданий промышленных предприятий», выпуски 3-1, 3-3, 3-7, 3-9, 3-11, 3-13.

Ригели РЛП

Существуют отдельные типы ригельных балок, которые используются для формирования пролетов лестничных клеток многоэтажных жилых, общественных и промышленных зданий.

Однополочные ригели типа РЛП устанавливаются в лестничных клетках и лестничных маршах и предназначаются для опирания с одной стороны многопустотных плит перекрытия. Ригели РЛП применяются в многоэтажных зданиях с неагрессивной средой с колоннами сечением 400х400 мм и перекрытиями из многопустотных плит высотой 220 мм.

Конструктивно ригель РЛП представляет собой вытянутую прямоугольную балку с двумя выемками — одна из них, большего размера, предназначена для опирания пустотной плиты, другая, меньшего размера, служит для надежного закрепления ригеля к несущему элементу лестничной площадки. Ригели РЛП предназначены для применения в зданиях с неагрессивной средой.

Бетон лестничного ригеля РЛП должен соответствовать высоким требованиям жесткости и прочности, трещиностойкости, морозостойкости и огнестойкости, иметь водоотталкивающие свойства и защиту от коррозии.

Ригели РЛП изготавливаются из тяжелого бетона класса В30 и армируются пространственными каркасами и отдельными стержнями. В состав пространственных каркасов ригеля входят плоские каркасы, сетки, отдельные стержни, закладные изделия. Арматура и закладные изделия запроектированы без предварительного напряжения.

Ригели РЛП изготавливаются в соответствии ГОСТ 18980-90 «Ригели железобетонные для многоэтажных зданий технические условия», серии 1.

020.1-4. «Конструкции рамного каркаса межвидового применения для многоэтажных общественных зданий» и серии 1.020-1/87, выпуск 3-1 «Ригели высотой 450 мм для опирания многопустотных плит перекрытия. Рабочие чертежи», выпуск 3-3 «Ригели высотой 600 мм для опирания многопустотных плит перекрытия. Рабочие чертежи», выпуск 3-7 «Ригели высотой 450 мм из бетона класса В30 для опирания многопустотных плит перекрытия. Рабочие чертежи», выпуск 3-11 «Ригели высотой 450 мм с ненапрягаемой арматурой класса А-IIIв и Ат-IVC для опирания многопустотных плит перекрытий. Рабочие чертежи», выпуск 3-13 «Ригели высотой 600 мм с ненапрягаемой арматурой класса А-IIIв и Ат-IVC для опирания многопустотных плит перекрытий. Рабочие чертежи».

Ригель железобетонный. Особенности применения и отличия от балок

Что такое ЖБ ригель

Ригелями называются армированные железобетонные изделия, используемые для соединения вертикальных конструкций (стеновых панелей, колонн и подвесов).

При этом изделия берут на себя нагрузку как самих перекрытий, так и других элементов. Благодаря бетонным ригелям формируется прочный скелет постройки, гарантирующий геометрическую стабилизацию всего сооружения.
С помощью ригельных опор поднимают цоколь, укрепляют и снимают с него излишнюю нагрузку. Также эти железобетонные изделия задействуют при возведении широких лестничных пролетов для ангаров, торговых залов и много другого.
Бытует мнение, что ригель и балка ЖБИ – это практически одно и то же, и вся разница заключается только в размерах изделия. Это совершенно не соответствует истине.

 Чем ригель отличается от балки

Железобетонный ригель выполняет специальные несущие функции. Он принимает нагрузки со всех сторон, и является, по сути, основным опорным элементом каркаса сооружения. Этот элемент отличается довольно узкой функциональностью и значительной сферой применения. Ригель жестко связан со стойками главной несущей конструкции установленными в вертикальном положении.

Укладывается он только в горизонтальном положении, в отличие от балки, которую можно устанавливать под наклоном. Балка является самостоятельной частью строения и работает преимущественно на изгиб.

Заменять ригель балкой нельзя ни в коем случае. Ригельные элементы отличаются большим весом, жесткостью и прочностью. В свою очередь балка имеет меньший вес и используется для поддержки конкретных перекрытий (например чердачных помещений).

Отличия очевидны: балка – широкое понятие которое включает в себя опоры разных типов. Ригель же выполняет более узконаправленную функцию и производится по особой технологии на основе более прочных материалов.

Изчего изготавливается ригель

Изделия этого типа производятся из тяжелых бетонов класса от В 22,5 до В 60. 
Кроме того ригель для перекрытия должен быть водонепроницаемым, огнестойким, морозоустойчивым, не восприимчивым к агрессивным средам и коррозии. Армирование ригеля выполняется из стальных армокаркасов высочайшего класса: горячекатных и укрепленных методом термомеханической обработки.
 

Монолитный железобетонный ригель — что это и зачем это нужно?

Сфера строительства находится в постоянном развитии — развиваются технологии, постоянно появляются новые понятия и термины, многие из которых обычному человеку, частному лицу, неспециалисту, незнакомы или как минимум непонятны. Например, может быть непонятно, что такое железобетонный ригель. А суть в том, что железобетонный ригель — это штука такая, что не каждый опытный инженер-строитель сможет чётко объяснить, что это за такое.

Чтобы каждая строительная деталь верно и качественно заняла своё место в конструкции, нужно разбираться, что она из себя представляет и как применяется.

Навигация по статье:

Железобетонный ригель — что это? ↑

Ригели — это армированные железобетонные изделия (ЖБИ), их используют, чтобы соединять вертикальные конструкции (колонны, подвесы, настенные панели). При этом ригели берут на себя нагрузку и перекрытий и прочих элементов. Железобетонные ригели — это каркас строения, обеспечивающий геометрическую стабильность постройки.

Ригели также используют при сооружении широких лестничных пролётов, например, для торговых залов.

А вообще при помощи ригельных опор поднимают цоколь, снимают с него лишнюю нагрузку и закрепляют.

Многие считают, что такие ЖБИ, как ригель и балка — одно и то же. Мол, отличаются они только размером, а это не так существенно, чтобы разграничивать понятия. Но это в корне неверно.

Чем ж/б ригель отличается от балки? ↑

Зачастую строитель, объясняя клиенту, что такое “ригель”, может охарактеризовать его как “это такая балка”, что в каком-то смысле верно — ригель с натяжкой можно определить как балочную конструкцию горизонтального типа, но это уже совсем с натяжкой.

Так в чём же принципиальная разница между ригелем и балкой?

Во-первых, железобетонный ригель выполняет несущие функции, принимает всевозможные нагрузки отовсюду, то есть ригель — это опорный элемент каркаса строения. Ригель функционально узок, но сфера его применения более чем значительна. Ещё к тому же ригели жёстко связаны с вертикальными стойками основной конструкции, сами же ригели ставятся исключительно в горизонтальном положении.

Во-вторых, балка, в свою очередь, ставится как горизонтально, так и под наклоном. К тому же балка — это самостоятельная часть постройки и работает в основном на изгиб.

Взаимозаменять ригель и балку нельзя ни в коем случае. Суть проста — ригель жёстче, прочнее, а главное — он тяжелее. В то время как балка лёгкая, и изготовляется в основном из дерева или из металла, но полого внутри. Балка нужна, чтобы поддерживать определённые перекрытия (например, чердак).

Итог: чем железобетонный ригель отличается от балки?

Балка — широкое понятие, которое включается в себя различные типы опор, в то время как ригель имеет узконаправленный функционал и сделан из прочных материалов по особым технологиям.

Из чего делают монолитные ригели? ↑

Железобетонный ригель делают из тяжёловесного бетона, в результате прочность ригеля получается 75% в тепле, и 85% на морозе. К тому же ригели производят так, чтобы они были водонепроницаемыми, огнестойкими и морозоустойчивыми, не восприимчивыми к коррозии.

Для придания повышенной прочности при производстве ригелей используется арматура.

Железобетонные ригели производятся по всем условиями ГОСТ 18980-90. Любое несоответствие нормативам скажется на прочности изделия, а значит, и на надёжности всей постройки, что, понятно, чревато. Так что ознакомление с требованиями ГОСТ’а обязательно.

От качества изделия зависит, в каким областях возможно её применение.

Где применяют ригели из железобетона? ↑

Перво-наперво, следует обратить внимания на конструктивные отличия железобетонных ригелей, ведь именно от этого зависит сфера их применения.

Существует 3 вида ригелей:

• Ригель однополочный. Это ЖБИ в форме буквы Г, оно фиксирует перекрытия лишь с одной стороны. Обычно однополочные ригели используют при возведении лестничных клеток.
• Ригель двухполочный. Это ЖБИ в форме буквы Т, оно является опорой для плит с обеих сторон. Обычно используются для пролётов среднего типа.
• Ригель бесполочный. Это ЖБИ прямоугольного сечения. Бесполочный ригель используют для перекрытий определённого типа.

Кроме прочего, ригельные конструкции используют при постройке конструкций собирательной планировки, особенно если в помещениях предполагаются высокие потолки. Ещё ригели широко применяются в модульном строительстве, при создании оград и при строительстве опалубочных конструкций.

Бетонный ригель для опалубки ↑

Ригельная опалубка — это оптимальная система для возведения перегородок между этажами.

Балочно-ригельная опалубку собирается из:

• фанеры,
• подкосов,
• уголков,
• двутавровых балок,
• крепёжных элементов,
• металла или дерева.

В результате сборки всех этих элементов и получается прочная и крепкая ригельная опалубка. Подобная конструкция выдерживает нагрузки в 8 тонн на квадратный метр. Это естественно достигается использованием металлического ригеля для опалубки.

А ещё стяжные винты будет возможно устанавливать в более удобных местах, если использовать элемент со специальной перфорацией, что очень важно, если речь идёт о балочно-ригельной опалубке колонн.

К тому же ригельная опалубка отличается высокой скоростью производства по сравнению с любыми аналогами.

Стоимость ригельной опалубки зависит от характеристик конкретных конструкций.

Маркировки монолитных ригелей ↑

Каждое изделие маркируется специальным кодом.

Р — Изделия прямоугольной формы	РО — Однополочное изделие	РЛП/РЛР — О.И. — Для лестничных маршей
		РОР — О.И. — Для плит с ребристой поверхностью
		РОП — О.И. — Для многопустотных перекрытий
	РД — Двухполочное изделие	РДП — Д. И. — Для многопустотных железобетонных плит
		РДР — Д.И. — Для ребристых перекрытий
	РБ — Бесполочное изделие	РБП — Б.И. — Для многопустотных плит
		РБР — Б.И. — Для ребристых плит
	РКП — Балконные ригели — Для многопустотных перекрытий

Если маркировка указана именно такими спецкодами, значит, изделие изготавливалось по требованиям ГОСТ’а, то есть, это знак качества и надёжности. Если же на изделии указано другое буквенное значение — значит, это ТУ.

Также, кроме букв, маркировка содержит и цифры — они означают размер изделия. Стоимость ригеля высчитывается в зависимости от его размера.

Цены на железобетонные ригели ↑

Нужного размера ригель можно приобрести практически у любого производства, которое занимается производством железобетонных изделий.

ЖБИ, произведённые частными предприятиями по ТУ, стоят гораздо дешевле, но покупка подобных изделий очень рискованна.

Изготовление железобетонного ригеля своими руками ↑

При частном строительстве, кстати, железобетонный ригель можно изготовить и собственноручно. Нужно лишь раздобыть опалубочную конструкцию, и заправить в неё армирующий каркас. Главное — строго соблюдать регламент, ведь от этого зависит надёжность, качество и безопасность эксплуатации будущего строения.

Заказать расчет стоимости монолитного дома в СПб и ЛО

Наш специалист свяжется с вами, внимательно выслушает и предложит проект дома, который подходит вам, с расчетом стоимости. Оставьте телефон для связи:

виды и применение, отличия от обычной балки

Ригель — массивная железобетонная конструкция, которая выступает соединяющим узлом вертикальных конструкций здания, таких как колонны, подвесы и стеновые панели. Именно на эти элементы приходится основная нагрузка межэтажных перекрытий. Они образуют мощную и прочную конструкцию с жесткой и стабильной геометрией.

Их применяют для поднятия и укрепления цоколя, снятия с него излишней нагрузки. С помощью этих армированных ЖБИ возводят широкие лестничные пролеты в ангарах, торговых залах.

Бытует мнение, что и ригель и балка — одно и то же, а отличия заключаются лишь в геометрических размерах. Это не совсем верно. Рассмотрим отличительные особенности этих двух схожих конструкций.

Отличия от обычной балки

Узлы действительно выполняют схожие задачи, но есть важные отличия:

• Назначение. Ригель выполняет узконаправленные функции несущей конструкции. Принимая нагрузку со всех сторон, он является важнейшим опорным узлом каркаса здания. Балка имеет более широкую сферу применения.
  
• Монтаж. Еще одной особенностью является обязательная установка соединительного элемента в горизонтальном положении. Балка может устанавливаться в горизонтальном положении или под наклоном. Эта самостоятельная часть строения преимущественно работает на изгиб.
• Геометрия. Ригель в разрезе имеет сложную форму, что обусловлено узконаправленной спецификой его использования. Классическая балка в сечении представляет из себя прямоугольник.

Таким образом, отличия этих двух схожих элементов очевидны: сфера применения, разные геометрические формы, особенности установки. Кроме того, ригель — специфическое изделие, выполненное из особо прочных материалов.

Материалы изготовления

Железобетонные ригели изготавливаются из тяжелых бетонов класса В 22,5–В 60. В итоге получаются конструкции, прочность которых в теплое время года составляет не менее 75%, в холодное время года — 85%. Если элемент применяется для перекрытия, при изготовлении ему придают особые свойства: морозостойкость, устойчивость к коррозии и агрессивным средам, а также водонепроницаемость.

Армирование ригеля — ключевое условие, которое обеспечивает требуемые показатели прочности. Для этого применяют армокаркасы из горячекатанной стали, укрепленные термомеханической обработкой.

Железобетонные перемычки такого класса изготавливают в соответствии с ГОСТ 18980-90.

Виды и применение

В зависимости от сферы применения конструкций, промышленностью выпускается три категории изделий:

• Однополочные. Имеют Г-образную форму, предназначены для фиксирования перекрытий только с одной стороны. Зачастую эти блоки используются в лестничных клетках, строительстве крайних пролетов зданий жилого и промышленного назначения.
• Двухполочные. Т-образные элементы подходят для фиксации плит с обеих сторон. Применяется при возведении средних пролетов.
• Бесполочные. Обычная прямоугольная ЖБ-балка, используемая в каркасах зданий.

Ригели востребованы в строительстве зданий с так называемой «собирательной планировкой» — как правило, в таких помещениях предполагаются высокие потолки. Также их применяют при возведении модульных конструкций.

Специальные виды используют при возведении опалубок для заливки бетонных стен. Опалубочные конструкции балочно-ригельного типа включает в себя следующие элементы:

• двутавровые балки;
• уголки, подкосы и расходные элементы;
• фанера;
• крепежные элементы;
• металлические или деревянные ригели.

Готовая конструкция выдерживает нагрузку до 8 тонн на квадратный метр, поэтому с их помощью можно делать мощные и толстые перегородки. Опалубка не меняет своей формы, не деформируется под нагрузкой. Также с применением этой технологии делают и оконные опалубки. Еще одним достоинством таких конструкций является быстрый монтаж и демонтаж — это значительно повысит скорость строительных работ.

Маркировка

На изделия наносится маркировка с буквенно-цифровым кодом. В таблице приведены буквенные обозначения этих элементов с указанием области применения.

Маркировка	Тип ригеля	Область применения
Р	Прямоугольная форма
РО	Однополочные
РОП	—	Для возведения многопустотных перекрытий
РЛР/РЛП	—	Для лестничных маршей
РОР	—	Для укладки ребристых плит
РБ	Бесполочные
РБП	—	Для укладки многопустотных плит
РБР	—	Для укладки ребристых плит
РД	Двухполочные
РДП	—	Для ЖБ плит с пустотами
РДР	—	Для ребристых плит
РКП	Консольные (балконные)	Для многопустотных плит

Наличие буквенных обозначений говорит о том, что конкретный ригель выполнен согласно ГОСТ. Они отличаются надежностью. Если буквенные сочетания на балке другие — значит они выполнены по ТУ.

Кроме букв в маркировках присутствуют и цифры, характеризующие длину изделия, высоту сторон, длину окружности балки, несущая способность. Цена конкретной марки изделия зависит от материала изготовления, формы, длины и области применения.

Заключение

Изделие имеет несложную конструкцию — изготовить ригель можно даже самостоятельно. Необходимо собрать опалубку, уложить в нее армирующий каркас и залить все бетоном. Однако не стоит экономить на этих важных деталях — от их качества и надежности зависит безопасность людей, которые будут проживать или работать в данном сооружении. Если вам нужна помощь в подборе элементов каркаса для будущей постройки, обращайтесь за помощью к профессионалам.

Приобрести качественные и надежные ЖБ ригели можно в компании «Стройцентр» в Перми — закажите товар удобным способом: на сайте, по телефону или электронной почте.

Железобетонные ригели перекрытия РВ – назначение, маркировка, габариты.

Возведение многоэтажных строений общественного, административного и промышленного назначения предусматривает использование множества строительных элементов. Наш завод ЖБИ предлагает высококачественные железобетонные перемычки, ригели и прогоны, обеспечивающие постройке должную прочность, устойчивость и надежность. В данном разделе представлены ригели перекрытия прямоугольного сечения РВ,

 

Что такое ЖБ ригель?

Железобетонный ригель – очень важный конструктивный элемент любого здания. Это ЖБИ представляет собой вытянутый по длине брусок прямоугольного сечения. Используются данные изделия для обустройства перекрытий, создания надежных каркасных опор. Их задача – соединять вертикальные элементы сооружения и служить в качестве опор для прогонов и плит перекрытия. Благодаря своему назначению данные ЖБИ получили наименование ригелей перекрытия.

Конструкция ЖБ ригеля позволяет ему выдерживать и распределять нагрузку во всех направлениях. Ни один каркас многоэтажного сооружения не обходится без этих ЖБИ. Но для выполнения изделиями РВ возложенных на них функций, необходимо правильно их выбрать и установить. Нужное сечение ригеля выбирается в зависимости от нагрузок, испытываемых межэтажными перекрытиями.

Завод ЖБИ-4 предлагает изделия РВ самых востребованных модификаций. Весь представленный ассортимент производится на современном оборудовании с применением только высококачественного сырья и новейших технологий. Именно такой подход гарантирует достойный уровень качества предлагаемой нами продукции.

 

Маркировка и габариты ригелей перекрытия

Обозначение железобетонных ригелей перекрытия содержит буквы и цифры. Буквенное сочетание РВ обозначает наименование изделия, первая цифра – длину в дм (значение округлено до целого), вторая – параметры нагрузки. Например, РВ-40-3 означает ригель перекрытия длиной 400 см и расчетная нагрузка 3 кН/м.

Завод ЖБи-4 предлагает изделия РВ следующих размеров:

• длина – 319, 359, 399, 459, 559, 599, 639 см,
• ширина – 16 и 38 см,
• высота – 30, 40 и 60 см.

Конкретные параметры РВ выбираются в зависимости от габаритов создаваемого перекрытия и расчетных нагрузок на него.

Все предлагаемые нашим заводом ригели перекрытия по своим характеристикам соответствуют требованиям действующих строительных нормативов. Жесткий контроль качества на всех стадиях производства, использование только высококачественного сырья, соблюдение технологии изготовления и применение инновационного оборудования гарантируют надежность нашей продукции.

Железобетонные мосты со сквозными балками

Балки простираются над и под палубой моста Wilson County Bridge 105, построенного в 1920 году для округа в соответствии со стандартизированными государственными планами (источник: файлы инспекции мостов NCDOT). пары монолитных продольных балок и плиты перекрытия, соединенных стальными арматурными стержнями. Этот тип мог также быть построен с поперечными балками перекрытия, но в Северной Каролине использовались только плиты настила, которые требовали менее сложной опалубки. Дорожное полотно проходит между парными балками, которые обычно очень большие — от 18 до 30 дюймов в ширину и от четырех до шести футов в глубину — и имеют глубокие вставные панели для экономии веса. Балки служат парапетами, а также основными опорными элементами. Сквозные балочные мосты часто принимают за перекрытия из-за их сходства.

Первый стандартизированный план штата для железобетонного моста с балками, ноябрь 1919 г. (источник: Третий двухгодичный отчет Государственной дорожной комиссии Северной Каролины, 1919-1920 гг.).Как и другие стандартизированные железобетонные мосты, в том числе перекрытия и тавровые балки, сквозные балки появились в стране в первом десятилетии 20-го века. В Северной Каролине этот тип, по-видимому, не получил широкого распространения до тех пор, пока он не был принят в качестве стандартной конструкции Департаментом автомобильных дорог штата в 1920 году.

Это был один из наименее успешных из первых стандартизованных типов, главным образом потому, что он оказался менее экономичным, чем тройник. балки для того же диапазона длин пролета, от 30 до 50 футов.Это было ограничено относительно узкими дорогами менее 24 футов.

Кроме того, сквозные балки было трудно расширять, что все больше беспокоило инженеров-мостостроителей в конце 1920-х годов, когда автомобили и грузовики увеличивались в размерах и мощности. Тип был указан в опубликованных спецификациях департамента до 1927 года, но не появлялся в более поздних изданиях, что является хорошим признаком того, что он вышел из моды.

Окружные власти, которые работали с государственными стандартами, также использовали дизайн.Известно, что 24 сквозных балки, возведенных между 1920 и 1929 годами, сохранились до начала 21 века. Самый ранний, построенный в 1920 году, проходит через Бриджерсвилл-роуд через болото Кэттейл за пределами города Вязов (мост округа Уилсон, 105).

Хотя его срок службы был недолгим, конструкция стандартного моста с сквозными балками внесла свой вклад в развитие системы автомобильных дорог штата в 1920-х годах.

Железобетонная балка и ферма — Мосты — Датировка

Хотя они и не такие живописные, как крытые мосты, каменные, стальные и бетонные арки или металлические фермы, железобетонные балки и фермы, тем не менее, играют важную роль в история строительства моста в Вермонте.Большинство мостов, по которым сегодня проезжают дороги Вермонта, железобетон или сталь. В конструкция довольно проста — горизонтальная опора через открытый пролет — и мосты строить легко и недорого. Развитие системы автомагистралей в Вермонте внимательно связаны с развитием балочных и балочных мостов. Поскольку автомобильный трафик увеличился после В Первой мировой войне балочно-балочный мост был признан лучшим типом моста для увеличение трафика.Также после наводнение 1927 г., большое количество балочных и балочных мостов построен. Железобетонный балочные и балочные мосты можно разделить на две категории: стандартные (1917-1940) и обычные (1940-1975).

Стандартные железобетонные балочные и балочные мосты (1917-1940)

Это был первая очередь строительства автомобильного моста. Тавровая балка, перекрытие, сквозная балка и коробчатые кульверты были построенный на этом этапе.

Т-образная балка: Тип моста с тавровой балкой, показанный ниже, был разработан в начале 1920-х годов.

Т-образная балка: Изображение любезно предоставлено Робертом Маккалоу, Crossings: A History of Vermont Bridges, 2005

Перекрытие

Плита мосты использовались для очень маленьких пролетов и были построены еще в 1912 г. Вермонт. Первоначально бетон Перемычка плитного моста составляла всего от 5 до 20 футов, но к 1938 году перекрытые мосты были построены для максимум 25 футов. Твердая сторона рельсы с утопленными панелями были обычным явлением на мостах из плит.

Плита: Изображение предоставлено Робертом Маккалоу

Сквозная балка: также называемая боковой балкой, мост через проходную балку состоит из массивные парные балки, по одной с каждой стороны настила.Большинство из них были построены между 1922 и 1925.

Сквозная балка: Изображение предоставлено Робертом Маккалоу

Коробчатый культиватор

Коробчатый водопропускной канал — самый маленький и самый обычный из бетонных мостов. Эти мосты с коробчатой ​​водопропускной трубой были построены с полами, боковыми стенками, опорами и настилами из бетона, образующими что-то похожее на бетонный ящик.

Box Culvert: Изображение предоставлено Робертом Маккалоу

Декоративные перила: многие мосты построены на этом этапе. имел декоративные перила, и многие из них были забиты, чтобы придать вид камень.Кабельные перила на нижнее изображение, стало довольно популярным в 1930-е годы.

Декоративные перила: Изображение предоставлено Робертом Маккалоу

Кабельные перила: Изображение предоставлено Робертом Маккалоу

Обычные железобетонные балки и балочные мосты (1940-1975)

Эта секунда на этапе строительства автомобильного моста продемонстрированы улучшения по сравнению со стандартными мосты, построенные между Первой и Второй мировыми войнами. В то время предпочтение отдавалось стальным балочным и балочным мостам, но бетонным продолжал оставаться конкурентоспособным. Мосты с жесткой рамой, неразрезные, предварительно напряженные и балочные мосты после растяжения были построены на этом этапе. Многие из этих типов мостов трудно различить на поверхности. но вместо этого характеризуются внутренней конструкцией: т.е. предварительное напряжение балок. Однако послевоенные железобетонные мосты обычно больше, чем их ранние аналоги, особенно те, что датируются концом 1950-х годов и Межгосударственная застройка 1960-х гг.

Жесткая рама

Мосты с жесткой рамой технически не являются балочно-балочной конструкцией, а скорее они состоят из одного единого кадра, как видно на изображении ниже. Вермонт начал строительство этого типа бетонный мост в 1942 году. Обратите внимание на очень мелкую арку, которая образуется на нижней стороне палуба. Это характерно для жесткорамный мост.

Жесткая рама: Изображение предоставлено Робертом Маккалоу

Бетонные балки и фермы — обзор

16.

6.2 Восстановление изгибов мостовых балок из поликарбоната при изгибе с использованием пластин из стеклопластика без напряжения.

Шанафельт и Хорн (1980) сообщили, что каждый год транспортные департаменты США сообщали о примерно 160 ударах из-за перегрузки моста из поликарбоната. Повреждения PC-балок от ударов могут варьироваться от простых царапин до потери большого сечения и разрывов прядей предварительного напряжения. Шанафельт и Хорн (1980) также подробно рассказали об оценке повреждений и методах ремонта мостов из поликарбоната. одним из результатов их работы стал набор инструкций для инспекторов и инженеров по классификации различных уровней ущерба; они классифицировали четыре различных уровня:

•

Незначительные повреждения

•

Умеренные повреждения

•

Серьезные повреждения

•

Критические повреждения.

Feldman et al. (1996) разработал другой набор руководящих принципов для классификации повреждений от удара. Они классифицировали повреждения балок из ПК на трех различных уровнях:

•

Незначительные повреждения

•

Умеренные повреждения

•

• Серьезные повреждения.

Несмотря на то, что существует множество исследовательских статей и тематических исследований, посвященных ремонту мостовых балок из ПК, для проектировщиков имеется мало подробных рекомендаций.Оригинальные и традиционные методы ремонта ПК, описанные в Shanafelt и Horn (1980, 1985), остались наиболее полным исследованием в США, посвященным оценке и ремонту предварительно напряженных элементов мостовидного протеза; отчеты NCHRP 226 (1985a) и 280 (1985b), спонсируемые AASHTO, включили их выводы. Согласно двум отчетам, двумя основными методами восстановления силы предварительного напряжения являются внутренние стыки и внешнее последующее натяжение. Первый метод включает в себя сращивание внутренних прядей с использованием механических устройств, которые состоят из стандартных зажимных приспособлений для предварительного напряжения и высокопрочных стяжных муфт для восстановления первоначального усилия предварительного напряжения на отрезанных прядях. После того, как стыки установлены и полностью растянуты, к балке прилагается предварительная нагрузка (гидравлическими домкратами) с последующим ремонтом бетона. После того, как пластырь наберет достаточную прочность, предварительная нагрузка снимается. Второй метод предполагает пост-натяжение внешними сухожилиями. Этот метод требует поддомкрачивания кронштейнов, расположенных за пределами зоны повреждения. Традиционные методы ремонта ПК, такие как установка внутренних соединений, внешнее последующее натяжение и системы со стальной оболочкой, имеют ряд недостатков; они могут занимать много времени и подвержены коррозии.Другая проблема, связанная с внутренними соединениями и внешним дополнительным натяжением, заключается в том, что часть заплатки может сместиться, что приведет к повреждению проезжающих транспортных средств.

Вышеупомянутые исследования не касаются новейших методов восстановления, а именно применения композитных материалов, в которых используются углепластики и предварительно напряженные композиты из углепластика, которые могут быть использованы для ремонта балок из поликарбоната, поврежденных ударами и коррозией; экспериментальные данные по натурным балкам из ПК, усиленным с помощью ламината из стеклопластика, очень ограничены. Композиты из углепластика были применены в нескольких практических случаях, например (i) Аппиа Шоссе недалеко от Рима, (ii) Мост a10062, округ Сент-Луис, штат Миссури, и (iii) мост A5657, к югу от Диксона, штат Миссури. Нанни (1997), Нанни и др. (2001) и Parretti et al. (2003) обсуждали случаи, когда фермы из поликарбоната были случайно повреждены и восстановили их первоначальную прочность на изгиб.

Элементы из поликарбоната чувствительны к усталости стальной проволоки и могут потребовать усиления для предотвращения дальнейшей потери предварительного напряжения (Hollaway and Leeming, 1999; Schiebel et al., 2001), Хассан и Ризкалла, 2002). Рид и Петерман (2004) показали, что прочность на изгиб и сдвиг 30-летней поврежденной балки из предварительно напряженного бетона может быть существенно увеличена с помощью композитных листов из углепластика, склеенных снаружи. Они использовали U-образные обертки из углепластика в качестве усиления сдвига по длине балки, чтобы задержать нарушение сцепления.

Balaguru et al. (2009) обсудили основы и дизайн FRP для ремонта и восстановления железобетонных и предварительно напряженных бетонных конструкций.Kasan и Harries (2009) провели экспериментальный и аналитический анализ трех прототипов мостовых балок PC разных секций, а именно смежных коробок, распределительных коробов и двутавровых балок типа AASHTO, и имеющих четыре различных уровня повреждений. Были представлены двадцать прототипов ремонтных конструкций с использованием пяти вариантов ремонтных систем на основе углепластика. Они пришли к выводу, что в то время как при активном ремонте используется материал углепластика эффективно, трудности в строительстве более значительны, чем экономия материала углепластика.Ремонт PC / CFRP является потенциальной альтернативой обычному внешнему ремонту стали, подвергнутой последующему натяжению, но его довольно сложно применять в полевых условиях.

Di Ludovico et al. (2010) экспериментально испытано пять натурных двутавровых балок ПК с железобетонной плитой; их длина и высота составляли 13 000 мм и 1050 мм соответственно. Два луча имитировали повреждение транспортного средства из-за чрезмерной высоты, а два имитировали нормально деградировавшие лучи. Все они были модернизированы за счет использования композитных U-образных оберток из углепластика и установлены с использованием мокрой ручной укладки.Для получения полного скрепления бинты в конечном итоге закрепили. Это исследование было задумано как продолжение предыдущей экспериментальной работы, проведенной Di Ludovico et al. (2005) на трех полноразмерных образцах ПК. Авторы пришли к выводу, что экспериментальные результаты квалифицировали применение FRP техники как эффективный инструмент для восстановления изгибной способности балок ПК.

Комплексный пример проектирования моста надстройки с фермами из предварительно напряженного бетона (PSC) — Пример моста — LRFD — Конструкции — Мосты и конструкции

Пример комплексного проектирования моста надстройки с фермами из предварительно напряженного бетона (PSC) — Пример моста

2.

Пример моста

2.1 Геометрия моста и материалы

Геометрия надстройки моста

Тип надстройки:	Железобетонный настил, опирающийся на простые пролетные предварительно напряженные балки, выполненные непрерывно для временной нагрузки.
Размах:	Два пролета по 110 футов каждый
Ширина:	Всего 55 футов — 4 ½ дюйма.Линия водостока 52 футов-0 дюймов (три полосы шириной 12 футов 0 дюймов каждая, 10 футов правого плеча и 6 футов левого плеча. При проектировании надстройки расположение полос движения может быть в любом месте на конструкции. При проектировании основания учитывается максимальное количество полос шириной 12 футов, т. е. 4 полосы движения)
Перила:	Бетонные парапеты типа F, ширина у основания 1 ‘- 8 ¼ дюймов
Перекос:	20 градусов, действительно в каждом месте опоры
Расстояние между балками:	9′-8 «
Тип фермы:	Фермы AASHTO типа VI, 72 дюймаглубокий, верхний фланец шириной 42 дюйма и нижний фланец шириной 28 дюймов (фермы AASHTO 28/72)
Расположение прядей:	Прямые пряди с некоторыми отслоившимися прядями на концах балок
Свес:	3′-6 ¼ «от средней линии балки фасции до конца свеса
Промежуточные диафрагмы:	Для расчета нагрузки, одна промежуточная диафрагма, 10 дюймов. толщина, глубина 50 дюймов, предполагается в середине каждого пролета.

На рисунках 2-1 и 2-2 показаны вертикальная проекция и поперечное сечение надстройки соответственно. На рис. С 2-3 по 2-6 показаны размеры балки, расположение прядей, местоположения опор и места отсоединения прядей.

Обычно для конкретной юрисдикции доступно относительно небольшое количество размеров балок на выбор. Первоначальный размер балки обычно выбирается на основе прошлого опыта.Во многих юрисдикциях есть вспомогательные средства проектирования в виде таблицы, которая определяет наиболее вероятный размер балки для каждой комбинации длины пролета и расстояния между балками. Ожидается, что такие таблицы, разработанные с использованием динамической нагрузки HS-25 в соответствии со стандартными спецификациями AASHTO, будут применимы к мостам, разработанным с использованием спецификаций AASHTO-LRFD.

Рисунок прядей и количество прядей были первоначально определены на основе прошлого опыта и впоследствии уточнены с помощью программы компьютерного проектирования. Эта конструкция была усовершенствована методом проб и ошибок до тех пор, пока образец не создавал напряжения при передаче и при рабочих нагрузках, которые находились в пределах допустимых напряжений и создавали нагрузочные сопротивления, превышающие приложенные нагрузки в предельных состояниях прочности. Для расслоенных прядей в S5.11.4.3 указано, что количество частично отслоившихся прядей не должно превышать 25 процентов от общего количества прядей. Кроме того, количество отслоившихся прядей в любом горизонтальном ряду не должно превышать 40 процентов прядей в этом ряду.Выбранный узор имеет 27,2% отслоившихся прядей. Это немного выше 25 процентов, указанных в спецификациях, но приемлемо, поскольку спецификации требуют, чтобы этот предел «должен» соблюдаться. Использование слова «следует» вместо «должен» означает, что спецификации допускают некоторое отклонение от предела в 25 процентов.

Как правило, наиболее экономичное расположение прядей требует расположения прядей как можно ближе к низу балок. Однако в некоторых случаях может оказаться невозможным удовлетворить все технические требования при сохранении минимального размера балки и удержании прядей ближе к низу балки. Это более выражено при использовании отслоившихся прядей из-за ограничения на процент отслоившихся прядей. В таких случаях проектировщик может рассмотреть следующие два решения:

• Увеличьте размер балки, чтобы уменьшить диапазон напряжений, то есть разницу между напряжением при переносе и напряжением на конечной стадии.
• Увеличьте количество прядей и сместите центр тяжести прядей вверх.

Любое решение приводит к некоторой потере экономии. Проектировщик должен учитывать конкретные условия площадки (например, стоимость более глубокой балки, стоимость дополнительных прядей, доступный недосвет и стоимость подъема подъездной дороги для размещения более глубоких балок) при определении того, какое решение следует принять.

Геометрия основания моста

..

Промежуточная опора:	Многоколонный изогнутый (4 столбца с шагом 14 футов 1 дюйм) Фундамент на песчаной почве См. Рис. 2-7 для получения информации о геометрии промежуточной опоры
Концевые абатменты :	Интегральные опоры, опирающиеся на одну линию стальных двутавровых свай, опирающихся на фундамент.U-образные перегородки консольно выступают из заливной поверхности абатмента. Подходящая плита поддерживается на интегральном упоре с одного конца и на шпальной плите с другого конца. См. Рисунок 2-8 для получения информации о геометрии интегрального абатмента

Материалы

Прочность бетона

Предварительно напряженные балки:	Начальная прочность при переносе, f ′ ci = 4,8 тыс. Фунтов / кв. Дюйм 28-дневная прочность, f ′ c = 6 тысяч фунтов / кв. Дюйм
Плита настила:	4.0 тысяч фунтов / кв. Дюйм
Каркас:	3,0 тыс. Фунтов / кв. Дюйм
Перила:	3,5 тыс. Фунтов / кв. Дюйм

Модуль упругости бетона

(рассчитан с использованием S5.4.2.4)

Окончательный модуль упругости балки, E c	= 4696 тысяч фунтов / кв. Дюйм
Модуль упругости балки при переносе, E ci	= 4200 тысяч фунтов / кв. Дюйм
Модуль упругости плиты настила, E s	= 3,834 тысяч фунтов на квадратный дюйм

Сталь арматурная

Предел текучести,

f y = 60 тысяч фунтов / кв. Дюйм

Пряди предварительного напряжения

0.Пряди с низкой релаксацией диаметром 5 дюймов, марка 270
Площадь пряди, A пс	= 0,153 дюйма 2
Предел текучести стали, f py	= 243 тысяч фунтов / кв. Дюйм
Предел прочности стали, f pu	= 270 тысяч фунтов / кв. Дюйм
Модуль упругости стали для предварительного напряжения, E p	= 28 500 тысяч фунтов / кв. Дюйм

Другие параметры, влияющие на расчет фермы

Время передачи	= 1 день
Средняя влажность	= 70%

Рисунок 2-1 — Примерный мост, вид сбоку

Рисунок 2-2 — Поперечное сечение моста

2.2 Геометрия балки и свойства сечения

Свойства сечения основной балки

Длина балки, L	= 110 футов — 6 дюймов
Глубина	= 72 дюйма
Толщина стенки	= 8 дюймов
Площадь, A г	= 1,085 дюйм 2
Момент инерции, I г	= 733320 дюймов 4
N.A. наверх, y t	= 35,62 дюйма
N.A. до низа, y b	= 36,38 дюйма
Модуль упругости сечения, S TOP	= 20,588 дюймов 3
Модуль упругости сечения, S BOT	= 20,157 дюймов 3
CGS снизу на 0 футов	= 5,375 дюйма
CGS снизу, на высоте 11 футов	= 5.158 дюймов
CGS снизу, на высоте 54,5 футов	= 5,0 дюйма
Эксцентриситет силы P / S на 0 футов, e 0 ‘	= 31,005 дюйма
Эксцентриситет силы P / S на 11 футах, e 11 футов	= 31,222 дюйма
Эксцентриситет силы P / S на 54,5 футах, e 54,5 ‘	= 31,380 дюйма

Свойства составного сечения внутренней балки

Эффективная ширина перекрытия	= 111 дюймов(см. расчеты в разделе 2.3)
Толщина плиты перекрытия	= 8 дюймов (включая внутреннюю поверхность износа ½ дюйма, которая не учитывается при расчете свойств составного сечения)
Глубина окантовки	= 4 дюйма (максимальное значение — обратите внимание, что глубина вута изменяется по длине балки и, следовательно, не учитывается при расчете свойств сечения, но учитывается при определении статической нагрузки)
Момент инерции, I c	= 1,384,254 дюйма 4
Н.A. до верхней части плиты, y sc	= 27,96 дюйма
Н.А. до верха балки, y tc	= 20,46 дюйма
Н.А. до низа балки, y до н.э.	= 51,54 дюйма
Модуль упругости сечения, S TOP SLAB	= 49 517 дюймов 3
Модуль упругости сечения, S ВЕРХНЯЯ БАЛКА	= 67 672 дюйм 3
Модуль упругости сечения, S БОЧКА	= 26 855 дюймов 3

Свойства составного сечения внешней балки

Эффективная ширина перекрытия	= 97.75 дюймов (см. Расчеты в разделе 2.3)
Толщина плиты перекрытия	= 8 дюймов (включая внутреннюю поверхность износа ½ дюйма, которая не учитывается при расчете свойств составного сечения)
Глубина окантовки	= 4 дюйма (максимальное значение — обратите внимание, что глубина вута изменяется по длине балки и, следовательно, не учитывается при расчете свойств сечения, но учитывается при определении статической нагрузки)
Момент инерции, I c	= 1,334,042 дюйм 4
Н.A. до верхней части плиты, y sc	= 29,12 дюйма
Н.А. до верха балки, y tc	= 21,62 дюйма
Н.А. до низа балки, y до н.э.	= 50,38 дюйма
Модуль упругости сечения, S TOP SLAB	= 45 809 дюймов 3
Модуль упругости сечения, S ВЕРХНЯЯ БАЛКА	= 61,699 дюйм 3
Модуль упругости сечения, S БОЧКА	= 26,481 дюйм 3

Рисунок 2-3 — Поперечное сечение балки с 44 прядями

Рисунок 2-4 — Общая отметка балки

Рисунок 2-5 — Пряди предварительного напряжения, вид сбоку

Расположение секций A-A, B-B и C-C см. На рис. 2-5

Рисунок 2-6 — Балка на участках A-A, B-B и C-C

Рисунок 2-7 — Промежуточный изгиб

Рисунок 2-8 — Интегральный абатмент

2.3 Эффективная ширина фланца (S4.6.2.6)

Продольные напряжения во фланцах распределяются по фланцу и композитной плите настила за счет касательных напряжений в плоскости, поэтому продольные напряжения не являются однородными. Эффективная ширина полки — это уменьшенная ширина, по которой продольные напряжения, как предполагается, равномерно распределены и все же приводят к той же силе, что и неравномерное распределение напряжений, если интегрировать по всей ширине.

Эффективная ширина фланца рассчитывается с использованием положений S4.6.2.6. См. Маркированный список в конце этого раздела для ознакомления с некоторыми требованиями S4.6.2.6. Согласно S4.6.2.6.1 эффективная ширина фланца может быть рассчитана следующим образом:

Для внутренних балок:

Эффективная ширина фланца принимается как наименьшее из следующих:

Эффективная ширина полки внутренней балки составляет 111 дюймов.

Для внешних балок:

Эффективная ширина полки принимается равной половине эффективной ширины соседней внутренней балки плюс наименьшее из:

Следовательно, эффективная ширина полки для внешней балки составляет:

(111/2) + 42.25 = 97,75 дюйма

Обратите внимание:

• Эффективная длина пролета, используемая при расчете эффективной ширины фланца, может быть принята как фактическая длина пролета для пролетов с простой опорой или как расстояние между точками перегиба постоянной статической нагрузки для непрерывных пролетов, как указано в S4.6.2.6.1 . Для расчета двутавровых балок эффективная ширина полки обычно рассчитывается на основе эффективного пролета для положительных моментов и используется по всей длине балки.

• Толщина плиты, используемая в анализе, представляет собой эффективную толщину плиты без учета расходуемых слоев (т. Е. Интегральных изнашиваемых поверхностей)

• S4.5 позволяет учитывать непрерывные препятствия при анализе предельных состояний по эксплуатации и усталости. Комментарий к S4.6.2.6.1 включает примерный метод учета влияния непрерывных барьеров на секцию путем изменения ширины свеса.Традиционно при проектировании новых мостов игнорируется влияние сплошного барьера на сечение, а в этом примере оно игнорируется. Этот эффект можно учитывать при проверке существующих мостов с конструктивно прочными сплошными ограждениями.

• Непрерывные балки с простыми пролетами ведут себя как непрерывные балки при всех нагрузках, прилагаемых после затвердевания плиты настила. Для двух равнопролетных балок эффективная длина каждого пролета, измеренная как расстояние от центра концевой опоры до точки перегиба для составных статических нагрузок (предполагается, что нагрузка распределяется равномерно по длине балок), составляет 0.75 длина пролета.

мостов из предварительно напряженного бетона

мостов из предварительно напряженного бетона

Как построить мостовую балку из предварительно напряженного бетона? Сделайте краткий обзор процесса сборного железобетона.

Что такое предварительно напряженный бетон?

Основные марки бетона

Существует множество технических разновидностей современного бетона, но в исторических зданиях и мостах обычно используются три основных типа: простой или неармированный бетон, железобетон и предварительно напряженный бетон.

Бетон, как и камень, очень прочен на сжатие и хорошо работает, например, при использовании в качестве вертикальной колонны или опорной стойки. При использовании в горизонтальном положении в качестве плиты или балки бетон, как правило, может преодолевать лишь небольшие расстояния, прежде чем он начнет трескаться и разрушаться, если его не сделать толще. Глубина и вес простой бетонной балки вскоре становятся слишком большими и непрактичными для более длинных горизонтальных пролетов, необходимых в зданиях и мостах.

Строители узнали, что добавление металлических арматурных стержней в бетонную балку или плиту позволит перекрывать большие расстояния до образования трещин.В результате после 1900 года железобетон стал важным конструкционным материалом для строительства мостов. Практически весь современный бетон армируется металлом.

Вот несколько объяснений преднапряженного бетона и того, как он работает:

Предварительно напряженный бетон

Даже железобетон имеет ограниченную способность преодолевать расстояния до появления трещин и разрушения под нагрузкой. В годы перед Второй мировой войной европейские инженеры экспериментировали с новой системой обработки бетона, чтобы еще больше увеличить длину пролета при меньшем весе.Эта система стала известна как «предварительно напряженный» бетон, потому что к бетонной балке было приложено напряжение или напряжение до того, как она была помещена на место.

Один из первых инженеров, Гюстав Магнель, сравнил эту систему с удержанием ряда книг, плотно прижимая их с каждого конца и поднимая в воздух. Подобным образом бетонную балку можно было плотно удерживать с каждого конца с помощью стального стержня или троса. Бетонная балка является «предварительно напряженной», потому что напряжение создается до или «до» фактического использования балки при приложении рабочего напряжения.

Правильно спроектированная балка из предварительно напряженного бетона может охватывать большие расстояния, чем железобетонная балка, она тоньше, легче по весу и требует меньше бетона без трещин и разрывов.

Рис. 1. Вот рисунок бельгийского инженера Гюстава Магнеля, который объясняет предварительное напряжение, показывая, как ряд книг, плотно прижатых друг к другу, становится балкой, способной выдержать большее количество книг.

Рис. 2 — В апреле 1960 года журнал «Minnesota Highways» опубликовал этот рисунок, чтобы проиллюстрировать преимущества предварительного натяжения бетонной балки для предотвращения растрескивания под нагрузкой.

Виды преднапряженного бетона

Предварительно напряженный бетон создается с помощью одного из двух процессов: предварительного напряжения и предварительного напряжения.

Последующее натяжение

Самый простой тип балок из предварительно напряженного бетона — это стальные тросы, которые плотно связывают ряд бетонных блоков встык. Это похоже на поднятие ряда книг, прижимая их вместе с каждого конца. Это называется «пост-натяжением», потому что бетонные блоки растягиваются после того, как они были произведены с помощью обычного процесса заливки бетонных блоков.Переносной гидравлический домкрат натягивает тросы, создавая необходимое натяжение.

Вместо использования отдельных блоков, можно было бы отлить один бетонный блок с трубами или кабелепроводом внутри для добавления натяжных тросов позже. Этот метод использовался на нескольких ранних мостах Миннесоты.
Система пост-натяжения требовала простого оборудования и могла быть выполнена практически в любом месте, в том числе на площадке моста. Фактически, первый мост из предварительно напряженного бетона в Миннесоте был подвергнут последующему напряжению.
Поскольку последующее натяжение ограничивалось меньшими балками и плитами, альтернативный метод предварительного натяжения с первых лет стал отраслевым стандартом.

Рис. 3 — Это деталь из первоначального инженерного плана 1957 года для проекта перекрытия с последующим натяжением для моста 9065, первоначально расположенного на шоссе 61 к югу от Вайноны, но теперь замененного. Показаны пары поперечных сечений двух плит: нижняя пара относится к одной из двух плит на внешней стороне пролета и называется «фасцией» или внешними плитами.В правом нижнем углу показан разрез конца плиты, а в левом нижнем углу — центр плиты, показывающий центры цилиндрических полостей каждой плиты, что позволяет сэкономить бетон и вес. Верхняя пара от одной из внутренних плит, снова показывая конец вверху справа и центр вверху слева. Горизонтальный ряд точек чуть выше нижней части балки представляет собой местоположения стальных нитей, которые протягиваются через плиту после того, как бетон затвердеет, а затем растянут.

Предварительное натяжение

Предварительное напряжение — еще один способ предварительного напряжения бетона.При предварительном натяжении бетон заливается вокруг уже натянутых тросов и дает возможность затвердеть и удерживать тросы на месте. Когда бетон затвердеет и затвердеет, концы натянутых тросов обрезаются, и напряжение снимается с балки или плиты.

Все предварительно напряженные мостовые балки сегодня изготавливаются с использованием процесса предварительного натяжения, который более сложен, чем процесс последующего натяжения. Предварительное натяжение требует строительства больших «литейных площадок», чтобы удерживать стальные тросы, называемые «пряди», в сильно натянутом состоянии, в то время как бетон заливается вокруг них в формах.

С предварительным натяжением производители создали балки и плиты гораздо большего размера. Станины были построены в длинных зданиях, похожих на фабрики, что позволяло производить круглогодичное производство в контролируемых условиях. Длина предварительно натянутых балок была ограничена транспортными ограничениями между заводом и площадкой моста, а также наличием кранов, способных поднимать балки на место. В отличие от стальных балок, которые можно было транспортировать более короткими секциями и скреплять болтами на площадке моста, предварительно напряженные бетонные балки приходилось перевозить на грузовиках с готовой длиной и не могли быть собраны из более коротких единиц.

Рис. 4 — Это деталь из первоначального инженерного плана 1958 года для конструкции предварительно натянутой балки для моста 6579 в Сент-Поле (теперь заменена). На нем показаны три поперечных сечения одной балки или балки. Слева (A-A) — вид с торца, а в центре и справа — два вида посередине. На чертежах показано, что балка имеет форму двутавра, за исключением концов, где она толще, чтобы предотвратить растрескивание. Точки на секциях обозначают расположение стальных прядей предварительного напряжения, которые проходят от одного конца до другого.Эти пряди залиты внутрь бетонной балки.

Первые мосты из предварительно напряженного бетона

Впервые в США: мост Уолнат-Лейн, Филадельфия, 1950 г.

Мост Walnut Lane в Филадельфии, построенный в конце 1950 года, считается первым крупным мостом из предварительно напряженного бетона в США. Мост спроектировали бельгийский инженер Гюстав Магнель и его ученик Чарльз Цольман. Каждая из предварительно напряженных бетонных балок была отлита на месте моста в виде единой детали.После того, как бетон затвердел и затвердел, кабель продлили конец в конец через предусмотренное отверстие. Подъемное устройство прикладывало натяжение к кабелю, который затем фиксировался на месте. В 1989-90 гг. Были заменены оригинальные балки и надстройка.

Рисунок 5 — Мост Уолнат-Лейн, Филадельфия, фотография из Исторического американского инженерного рекорда (HAER). На этой документальной фотографии, сделанной в 1968 году, показан пролет моста Уолнат-Лейн, состоящий из параллельной серии предварительно напряженных, предварительно напряженных бетонных балок, тесно выровненных друг с другом.Изображение получено из Библиотеки Конгресса США.

Впервые в Миннесоте: мост Лейк-Сити, Лейк-Сити, Миннесота, 1953 год

В 1952 году братья Норберт и Леонард Сукуп основали компанию Northern States Prestressed Concrete Co., чтобы построить первый мост из предварительно напряженного бетона любого типа в Миннесоте с использованием метода последующего натяжения. Они собрали ряды специально разработанных бетонных блоков, стянули их вместе в длинный ряд тросами и создали серию предварительно напряженных бетонных блоков-балок.Балки образовали пролет для моста, по которому движется местное движение от шоссе 61 США до лагеря бойскаутов за пределами Лейк-Сити. С тех пор мост был заменен.

Рисунок 6 — Строительство моста в Лейк-Сити в серии пронумерованных видов: (1) Балки из блоков, подвергнутых последующему натяжению, были собраны на заводе компании Northern States Prestressed Concrete Co. в Миннеаполисе и доставлены на строительную площадку моста недалеко от Лейк-Сити. , недалеко от шоссе. 61. (2) Крупным планом вид трех блочных балок, лежащих на земле рядом с работным домом.Натяжной трос виден сбоку от ближайшей балки. (3) Вид одной блочной балки на месте от центральной опоры до дальнего упора, идущей от камеры, при этом вторая балка опускается краном. (4) Все блочные балки на месте. (5) Рабочие на пролете блочной балки, готовятся к установке поперечных тросов, связывающих балки, бок о бок.

Рисунок 7 — Это реклама компании Northern States Prestressed Concrete Co., с иллюстрацией их блочных балок, используемых для пролетов моста в Лейк-Сити. Сравните этот вид с фотографией балок на Рисунке 6 (см. Вид 2 вверху справа), на котором показана сторона блочной балки с прядью после натяжения на внешней стороне балки. Объявление из «Строительного вестника» от 6 августа 1953 г.

Первый в Миннесоте: мост 9053, Блумингтон, 1957 год

После моста в Лейк-Сити братья Соукуп построили завод для своей новой компании Prestressed Concrete, Inc.в растущем пригороде Розвилля, штат Миннесота, для изготовления предварительно напряженных бетонных балок. Чарльз Цоллман, который работал на мосту в Уолнат-Лейн, консультировал братьев при проектировании отливок для нового завода. На литейном заводе Roseville Soukups изготовили предварительно напряженные бетонные балки для зданий и мостов, включая первый в Миннесоте крупный мост из предварительно напряженного бетона, который соединит 94-ю улицу с новой автомагистралью Interstate 35W. Мост с оригинальными балками до сих пор ведет к 94-й улице и внесен в Национальный реестр исторических мест.

Рис. 8. Первый крупный мост из предварительно напряженного бетона в Миннесоте, Мост 9053, несущий 94-ю улицу над межштатной автомагистралью 35W в Блумингтоне, штат Миннесота.

Рисунок 9 — Реклама нового литейно-производственного завода братьев Соукуп, Prestressed Concrete, Inc., в послевоенном послевоенном поселке городов-побратимов Розвилля. Здесь изготовили предварительно напряженные бетонные балки для моста 9053.Разработанный для ограждения линейных литейных платформ, он состоял из длинного корпуса с вертикальным блоком для размещения бетоносмесительной установки, что позволяло круглогодично работать в условиях с контролируемым микроклиматом. Northwest Architect, май — июнь 1957 г.

Предварительно напряженные мосты и автомагистраль между штатами в 1950-е гг.

Созданная в соответствии с Законом о федеральных автомагистралях 1956 года, новая система межгосударственных автомагистралей потребовала строительства тысяч новых мостов по всей стране.Новые шоссе, спроектированные как автострады, не будут иметь никаких транспортных развязок. Все автомагистрали и железные дороги будут проходить над новыми автомагистралями между штатами или под ними. Поскольку дизайн новой автомагистрали между штатами был настолько единообразным и соответствовал оригинальной четырехполосной системе, большинство мостов были аналогичными по форме и длине. Эти требования идеально подошли к новой системе из предварительно напряженного бетона, которая с готовностью производила большое количество однородных балок, отлитых на удаленных заводах, в контролируемых заводских условиях, независимо от погодных и строительных условий.Кроме того, новые балки из предварительно напряженного бетона оказались конкурентоспособными со стальными балками по размеру и стоимости, особенно когда в 1950-х годах сталь была дефицитной и дорогой.

Система Interstate System помогла создать крупную промышленность по производству предварительно напряженного бетона практически в одночасье. Те же самые заводы часто изготавливали балки, плиты и доски для крыш и полов, чтобы построить множество новых торговых центров, школ, стадионов, офисов и других структур в пригородах, к которым ведет автомагистраль между штатами.

Рис. 10. Эти эскизы межштатной автомагистрали демонстрируют согласованную конструкцию и размеры моста для пересечения четырех полос движения в различных ситуациях.Длина пролетов остается неизменной для моста за мостом.

Мосты из предварительно напряженного бетона в Миннесоте

Мосты исторические предварительно напряженные

Мост №	Год постройки	Расположение
9053	1957	Округ Хеннепин, Блумингтон (также обсуждалось выше )
9082	1958	Округ Хеннепин, Блумингтон
9108	1958	Dakota County, Inver Grove Heights
9109	1958	Dakota County, Inver Grove Heights
9232	1958	ул.Округ Луи, Хиббинг
9407	1958	Округ Олмстед, Рочестер
27547	1970	Округ Хеннепин, Миннеаполис (пример с последующим натяжением )

Усталостные характеристики железобетонных Т-образных балок при циклической нагрузке

В данной статье исследуются характеристики железобетонных балок при циклических нагрузках.Было отлито и испытано семь Т-образных балок. Все фермы были нагружены при различных постоянных циклических нагрузках в середине пролета с коэффициентом нагрузки 0,14 ~ 0,23 и частотой 3 ~ 4 Гц. Исследование показывает, что продольный разрыв арматуры является основной причиной разрыва балки. А во время циклического нагружения трещины, деформации и прогибы бетона обычно указывают на «трехступенчатый» закон. Измеренных данных было мало, но они быстро развивались на начальном этапе. После этого деградация постепенно стабилизировалась и продолжалась долгое время.На заключительном этапе резко образовались трещины, деформации и снижение жесткости, и фермы быстро вышли из строя. Продолжительность этапа очень короткая, и поймать ее может быть сложно. Для оценки срока службы продольная кривая арматуры S — N аппроксимируется с использованием различных собранных данных. Результаты показывают, что кривая хорошо согласуется с соответствующими данными, что может быть отличным кандидатом для оценки усталостной долговечности.

1. Введение

Железобетонные Т-образные балки в настоящее время широко используются на автомобильных мостах Китая.Однако многие из них подвергаются большому количеству циклов нагрузки в течение срока службы. Это также потенциальная причина проблемы с коротким сроком службы конструкции. Таким образом, усталость бетонной балки становится все более интересной темой из-за того, что это непрерывный и прогрессирующий процесс разрушения, и многие высокоэффективные строительные материалы [1–4] разработаны для повышения противоусталостных характеристик. В связи с этой проблемой в Китайском техническом стандарте дорожного строительства (JTG B01-2014) [5], опубликованном в 2014 году, содержится четкое требование к расчету долговечности мостов.

Несмотря на все эти ожидания и развитие материалов [6, 7], в текущих китайских спецификациях или стандартах все еще отсутствуют методы проверки, относящиеся к расчету на усталостную долговечность. Влияние усталости на железобетон до конца не изучено. В результате требования к проектированию ресурса не выполняются полностью.

Сосредоточившись на этом вопросе, ACI начал изучать проблемы усталости бетона в 1970-х годах [8, 9] и опубликовал некоторые полезные рекомендации по предельным значениям для напряжения, вызванного усталостью.В ходе недавних обсуждений были подробно изучены некоторые новые тесты и пункты по режимам отказов, вызванным усталостью. Барнс и Мейс [10] провели испытания на усталость пяти железобетонных балок и показали, что усталостное разрушение растянутой арматуры является доминирующим фактором, определяющим режим разрушения, а усталостные долговечности балок очень похожи друг на друга. поскольку диапазоны напряжений арматуры были сопоставимы. Хеффернан и Эрки [11] изучали усталостные характеристики двенадцати балок с пролетом 3 м при 3 различных амплитудах нагрузки и трех балок пролетом 5 м соответственно.Результат показал, что все образцы по-прежнему разрушаются в основном в результате хрупкого разрушения арматурных стержней, и только армирование пластиной из углеродного волокна (углепластик) значительно увеличивает усталостную долговечность из-за более низких напряжений в арматурных стержнях. Эти два исследования четко демонстрируют, что хрупкое разрушение продольных арматурных стержней является основным режимом разрушения, вызванного усталостью, и диапазоны напряжений в арматуре оказывают большое влияние на срок службы. Однако вышеупомянутые результаты получены на мелкомасштабных образцах, и оценка жизни не проводится в полной мере.Чтобы исследовать усталостные характеристики балок большего размера, Charalambidi et al. [12] сообщили о семи испытаниях крупногабаритных железобетонных балок с прямоугольным или Т-образным поперечным сечением. Исследование показало, что все фермы, подвергшиеся высокоамплитудной нагрузке, вышли из строя, в первую очередь, из-за разрушения стальной арматуры при растяжении, что указывает на отсутствие изменения режима для образцов разных размеров. Кроме того, было обнаружено, что усталостная долговечность увеличивается по мере увеличения отношения жесткости усиленного стеклопластика к жесткости стали.Это дает руководство по проектированию продления срока службы конструкций, которое является новаторским. Кроме того, Мирзазаде и др. [13] исследовали усталостные характеристики железобетонных балок при различных температурах и изучили режим разрушения и закон изменения жесткости. Результаты показали, что низкие температуры могут положительно сказаться на их усталостной долговечности. И эти улучшения произошли из-за более высокой прочности бетона и более низких напряжений в растягивающей арматуре при низкой температуре.Находки редко исследуются и новизны, что представляет интерес для содержания мостов в холодных регионах. Георгиу и др. [14] провели усталостные испытания тринадцати небольших бетонных балок. Результаты показали, что рассеяние энергии из-за прогрессирующего микротрещин было большим в начальных циклах, а скорость увеличения прогиба или деградации жесткости стала заметно медленнее примерно после 1 миллиона циклов. Исследование, проведенное Ekenel et al. [15] исследовали влияние усталости на остаточную способность балок при изгибе.Результаты показали, что повторное нагружение привело к снижению пластичности фермы примерно на 18%, а снижение жесткости произошло в первые 0,5 миллиона циклов. Оба исследования демонстрируют, что эволюция усталости протекает по многоступенчатому закону, а скорость роста трещин и деградации жесткости различается на разных стадиях. Подходы могут быть интересны для оценки накопления повреждений. В Китае аналогичные испытания [16–18] также были проведены для изучения усталостных характеристик железобетонных балок.Тем не менее, необходимы более глубокие исследования циклического поведения балок, отлитых из одной партии. Кроме того, армирующий материал и принципы проектирования в ранних исследованиях могут отличаться от текущих условий. По этим причинам механизм разрушения железобетонной балки, оценка срока службы, эволюция трещин и ухудшение жесткости все еще остаются непонятыми, несмотря на высокий спрос на долгий срок службы конструкции в последние годы.

Чтобы восполнить этот недостаток знаний, в данной статье представлено исследование усталостной долговечности и поведения семи крупномасштабных балок из традиционного железобетона.Подробно обсуждаются режим и механизм разрушения, а также представлен подробный «трехэтапный» закон эволюции трещин, деформаций бетона и арматуры, а также деградации жесткости в течение нескольких циклов. Кривая S — N для арматурных стержней, залитых в бетон, также предлагается и обсуждается для оценки срока службы с использованием данных, собранных как в этом, так и в других исследованиях, которые являются оригинальными. Исследование необходимо для понимания усталостных характеристик крупномасштабных железобетонных элементов и имеет особое значение для расчета срока службы моста.

2. Расчет и схема испытаний балок

2.1. Конструкция испытательных балок

Детали образцов были выбраны так, чтобы соответствовать основному типу мостов средней пролетной формы, а в качестве образцов для испытаний были выбраны железобетонные Т-образные балки. За одну партию отлито девять балок с пролетами 4500 мм. Две из них были испытаны на отсутствие статической несущей способности, а остальные фермы подвергались различным уровням циклической нагрузки.

Производственная длина тестовых балок составила 5000 мм.Причем поперечное сечение было Т-образным без подковы. Глубина балок составила 370 мм при ширине полки 500 мм. Паутина имела постоянную толщину 120 мм. Бетонные смеси были разработаны с классом прочности на сжатие C40 в соответствии с Китайскими правилами проектирования бетонных конструкций [19], в то время как фактическая прочность составила в среднем 50,1 МПа в соответствии с испытанием кубического образца. Для арматуры в качестве продольных стержней на растяжение использовались горячекатаные арматурные стержни диаметром 12 мм марки HRB335 (предел текучести 441,8 МПа) и круглые стержни диаметром 8 мм марки R235 (предел текучести 335 МПа) в качестве вертикальная арматура и хомуты с шагом 200 мм.Толщина сетчатого защитного слоя была спроектирована равной 30 мм, чтобы избежать потенциальной эрозии окружающей среды. Подробный эскиз балок показан на рисунке 1. С расчетом проверки армирования коэффициент усиления испытательной балки ρ составил 0,66%, что соответствовало требованию коэффициента усиления ( ρ _мин = 0,29% < ρ < ρ _max = 1,6 ~ 1,8%), определенное Китайскими правилами проектирования бетонных конструкций [19].Прочность материала как бетона, так и арматурной стали показана в таблице 1.

.8 Материал Результат теста Бетон Прочность на сжатие C40 50,1 Арматура Диаметр (мм) Предел текучести (МПа) Предел прочности (МПа) Продольный стержень 12 44 606,3 Зажим 8 335,0 526,8

2.2. Программа испытаний

Принятая программа включала испытания как статической разрушающей нагрузки, так и усталостных характеристик. 2 из 9 балок были нагружены статически до невозможности определения предельной несущей способности. После этого оставшиеся 7 балок были испытаны циклической нагрузкой постоянной амплитуды. Было определено, что впадины нагрузки составили 5 кН, чтобы соответствовать влиянию веса настилочного покрытия.И диапазоны циклических нагрузок были выбраны равными 12,5, 16, 17, 19,5, 23 и 30 кН соответственно. Диапазон 19,5 кН был определен как соответствующий эффекту нагрузки транспортного средства, установленному Китайским техническим стандартом дорожного строительства (JTG B01-2014) [5]. А диапазон 30 кН примерно в 1,5 раза превышает эффект перегрузки транспортного средства и половину предельной разрушающей нагрузки. Уровни диапазона 12,5 ~ 23 кН были выбраны, чтобы соответствовать эффектам различных рабочих состояний и 25 ~ 40% от общей нагрузки отказа.

Усталость конструкции в основном вызвана повторяющимся движением транспортных средств; особенно в мостах средней и короткой протяженности, влияние одиночной колесной или осевой нагрузки заметно. В связи с этим все фермы были нагружены при одноточечном изгибе в середине пролета. Форма загрузки также широко использовалась в предыдущих исследованиях [20, 21]. Нагрузка прикладывалась электрогидравлическим пульсирующим усталостным приводом PMW-2000 с максимальной нагрузкой 1000 кН и погрешностью 1 кН. Привод был соединен с нагружающей рамой для передачи нагрузки на фундамент.Схема нагружения испытательной балки показана на Рисунке 2.

Статическое испытание было сначала проведено для определения предельной разрушающей нагрузки и послужило эталоном для испытаний на усталость. Затем были проведены усталостные испытания 7 Т-образных балок с различными диапазонами нагрузок соответственно. Диапазон нагрузки для каждого образца оставался постоянным на протяжении всего испытания. Подробные процедуры описаны ниже: (1) Статическое испытание: 2 балки были нагружены при одноточечном изгибе на Рисунке 2 до тех пор, пока образец не разрушился.Запишите значение нагрузки Pu (среднее значение Pu = 70 кН) и разгрузите. (2) Случай усталости I: ① образец был нагружен статически, чтобы получить начальные трещины, деформации и прогибы для записи; ② определите диапазон нагрузки P _мин. ∼ P _макс и примените циклическое нагружение к образцу в той же форме нагружения; ③ с регулярными интервалами номеров циклов ( N = 10 ⁴ , 6 × 10 ⁴ , 16 × 10 ⁴ и 10 ⁵ интервалов циклов после этого), проведите статическое испытание с максимальной нагрузкой значение P _max , и цель состоит в том, чтобы получить эволюцию структурной деградации с увеличением количества циклов; ④ возобновить циклическое нагружение и повторять шаги ②∼③ до окончательного разрушения испытательных балок.(3) Случай усталости II ∼ VII: измените диапазон нагрузок и проведите усталостные испытания остальных 6 балок в тех же процедурах, что и для случая усталости I. Подробные параметры нагрузки для каждой балки показаны в таблице 2. (4) Разрушение Информационная запись: осмотрите образцы и запишите номера циклов для каждой балки после усталостного разрушения. Определите вид отказа и механическую эволюцию.

50 P u Идентификатор теста Форма нагружения Диапазон нагрузки (кН) Значение впадины (кН) Пиковое значение (кН) Частота нагрузки (Гц) статическая нагрузка S-1 Статическая несущая способность — — P u1 = 77 — — — S- — Статическая несущая способность — — P u2 = 63 — — F-1 Усталость по постоянной амплитуде 30 5 3 N = 10 4 , 6 × 10 4 , 16 × 10 4 и 10 5 интервалов цикла после этого F-2 Усталость с постоянной амплитудой 23 5 28 / 0,40 P u 3 F-3 Усталость с постоянной амплитудой 1219 519 90,5 .25 P u 3,5 F-4 Усталость постоянной амплитуды 12,5 5 17,5 / 0,25 P F-5 Усталость с постоянной амплитудой 19,5 5 24,5 / 0,35 P u 3 F-6 с постоянной амплитудой 21/0.30 P u 3,5 F-7 Усталость постоянной амплитуды 17 5 22 / 0,31 P

Чтобы определить структурную механическую эволюцию с количеством циклов нагружения, деформации, прогибы и трещины в бетоне были измерены с помощью высокоточных датчиков и датчиков.Четыре критических сечения (1, 2-1, 2-2 и 3, соответственно) были выбраны для измерения деформации бетона. И 13 тензодатчиков были установлены на каждой секции от фланца до стенки для каждой балки. Напряжения в арматуре также определялись по показаниям тензодатчиков. Калибры устанавливались на поверхность арматуры перед заливкой балок. Два продольных стержня внизу были выбраны для измерения в 1/4 пролета и середины пролета. Кроме того, прогиб балок непрерывно измерялся датчиками смещения из проволоки, которые были установлены около опор, 1/4 пролета и промежуточных пролетов, соответственно.Общее расположение датчиков показано на рисунке 3.

Чтобы получить стабильные показания датчика при различных статических нагрузках, каждую ступень нагрузки выдерживали не менее 5-15 мин. Затем были измерены деформации, прогибы, а также длина и ширина трещины, чтобы зафиксировать эволюцию повреждений. Данные по деформации и прогибу были получены с помощью высокоскоростного прибора для измерения деформации Kyowa UCAM-60B. Ширина и длина трещины были измерены с помощью детектора ширины трещины (точность: 0,01 мм) и увеличительного стекла, что дает хорошую точность.

3. Результаты тестирования

3.1. Усталостная долговечность и режим разрушения балок

Приложенная нагрузка в середине пролета на каждой балке циклически изменялась от пикового до минимального значения с частотой 3–4 Гц, что подробно указано в таблице 3. Усталостные долговечности, ведущие к отказу Режим, а также диапазоны напряжений арматуры, полученные с помощью тензодатчиков, сведены в Таблицу 3. Согласно испытаниям, все балки вышли из строя из-за циклической нагрузки, кроме балки F-3. Предполагалось, что балка покажет явление биения после 9 миллионов циклов усталостной нагрузки.Для сравнения, все остальные 6 балок вышли из строя при разных циклах нагружения.

Идентификатор фермы Частота нагружения (Гц) Диапазон нагрузки (кН) Диапазон напряжения арматуры (МПа) Циклы до отказа (10 2 режим S-1 — — — — Податливость продольной арматуры S-2 — — — — Продольный арматурный стержень, дающий F-1 3 5∼35 305 384 3 арматурных стержня сломались, 1 большая трещина прошла через поперечное сечение, максимальная ширина трещины составила 20 мм F-2 3 5∼28 230 555 3 стержня арматуры сломались, 3 основных трещины образовались и проникли в стенку на 2.3∼2,4 м от опоры, максимальная ширина трещины составляла 17 мм F-3 3,5 5∼17,5 126 > 900,0 Выход и статическая предельная разрушающая нагрузка после 9 миллионов циклов было 64 кН F-4 4 5∼17,5 121 3,401 3 арматурных стержня сломались, возникла 1 большая трещина и проникла в стенку на расстоянии 2,4 м от опоры, максимальная ширина трещины составила 7 мм F-5 3 5∼24.5 181 1,123 3 стержня арматуры сломались, образовались 2 большие трещины, которые проникли в перегородку на расстоянии 2,3 м от опоры, максимальная ширина трещины составила 2,9 мм F-6 3,5 5∼ 21 163 3,764 2 стержня арматуры сломались, образовалась 1 большая трещина, которая проникла в стенку на расстоянии 2,6 м от опоры, максимальная ширина трещины составила 13 мм F-7 3 5∼ 22 170 1,697 3 стержня арматуры сломались, образовалась 1 большая трещина, которая дошла до фланца в точке 2.45 м от опоры, максимальная ширина трещины составила 9 мм

По результатам испытаний, кроме балки F-3 (выбег), срок службы остальных 6 балок показывает отрицательная корреляция с нагрузками или диапазонами напряжений арматуры. Когда нагрузки или напряжения увеличивались, усталостная долговечность становилась меньше. Срок службы каждой балки варьировался от 38,4 тыс. До 376,4 тыс. Циклов и покрывает общий диапазон результатов испытаний в лабораториях.Несмотря на корреляцию, усталостная долговечность все еще демонстрирует значительные отклонения из-за механизма микроскопической усталости материала [22]. Приложенные нагрузки к F-6 и F-7 были очень близки, а срок их службы сильно различается. Как обсуждалось в более раннем исследовании [22], это явление в значительной степени объясняется различием в качестве микрометаллургических дефектов арматуры или состоянием поверхности. И это явление также наблюдалось в других экспериментальных исследованиях [23].

Что касается режима разрушения, вызванного усталостью, можно обнаружить, что усталостное разрушение продольных арматурных стержней вблизи основной трещины в бетоне было ведущим режимом и, в конечном итоге, привело к потере несущей способности элементов.Конкретный отказ не является основной причиной потери стержня, что важно уточнить. Процесс отказа можно описать следующим образом. Поскольку ферма была на грани разрушения, основные трещины около середины пролета (число обычно составляло 1 ~ 3) продолжали расширяться, в то время как другие трещины постепенно закрывались. На этом этапе ширина основной трещины обычно превышала 0,20 мм и развивалась очень быстро. Продольные стержни фермы окончательно разрушились вблизи области основных трещин в середине пролета, и количество сломанных стержней обычно составляло 2 ~ 3.После этого балки потеряли свою несущую способность. Следует отметить, что в процессе разрушения не был раздроблен весь сжатый бетон, за исключением F-1, на котором не было установлено устройство ограничения смещения. Этот феномен подтверждает открытие Song et al. [24]. Сжимаемый бетон не разрушится до разрушения продольной арматурной стали, когда балки недостаточно армированы. Изображения после отказа F-1 и F-2 показаны на рисунке 4, а другие режимы отказа балки аналогичны последнему.

После испытаний сломанные арматурные стержни были извлечены для осмотра деталей поверхности трещин. Поверхность была ровной и гладкой по сравнению с пластическим разрушением (податливость и образование шейки, как показано на рисунке 5 (а)). При этом не было обнаружено явной деформации или образования шейки рядом с областью, что сильно отличалось от статического разрушения. Кроме того, на изломанной поверхности видна явная зона роста трещины, а отметка подтверждает механизм усталостного разрушения металла [22, 25]. Все трещины возникли на поверхности корня ребра, который оказался зоной концентрации напряжений.Это явление также согласуется с объяснением механики разрушения [22].

3.2. Развитие структурных трещин и прогибов

При статических испытаниях было обнаружено большое количество трещин в зоне растяжения бетона, и предполагалось, что эта зона не работает до циклического нагружения, в то время как при испытаниях на усталость трещины и прогибы все равно развивались. по данным исследования эволюции.

Результаты испытаний показывают, что новые трещины обычно возникают в течение не более 10% от общего срока службы, который можно определить как начальную стадию.После этого количество и длина трещин постепенно стабилизировались, а ширина медленно развивалась. Когда образец был близок к разрушению, трещины снова резко распространились и, наконец, раскололись из-за разрушения арматуры. Эволюция наблюдается у всех экземпляров и носит универсальный характер. В соответствии с этим, процесс развития трещины можно разделить на 3 стадии: начальная стадия быстрого развития, промежуточная стабильная стадия и финальная стадия разрушения. Увеличение ширины основной трещины каждой балки показано на рисунке 6.

Начальная стадия — стадия зарождения трещины. На этом этапе трещины в основном развиваются с увеличением их числа. Всего было инициировано 1 ~ 3 крупных трещины. После этого этапа было обнаружено очень мало новых трещин, и преобладало медленное распространение существующих трещин. Максимальная ширина трещины для каждой балки составляла от 0,19 до 0,30 мм. Но это значение не соответствовало значению нагрузки. Эволюция развивалась медленно, и предполагалось, что ее продолжительность составит около 80% от общего числа жизней.Завершающий этап — этап, близкий к отказу. Межпролетные трещины очень резко расширились, а некоторые другие начали закрываться. В конце концов, фермы вышли из строя без каких-либо других предупреждений, кроме закрытия трещин в этот период. Из-за непродолжительности заключительного этапа спрогнозировать или зафиксировать момент отказа затруднительно.

Типичное распределение трещин как при усталостных, так и при статических испытаниях показано на рисунке 7. Можно обнаружить, что распределение трещин при сдвиге при статических испытаниях отличалось от таковых при испытаниях на усталость.Количество трещин сдвига составило около 50% от общего количества трещин в балках из-за статического разрушения, в то время как характер трещин в балках из-за усталостного разрушения был, как правило, вертикальным и вызванным изгибом. Трещины сдвига были менее развиты, составляя всего 10 ~ 20%.

Прогиб конструкции отражает снижение жесткости балки. Прогиб измерялся после каждых 100 000 циклов, и результаты эволюции показаны на Рисунке 8. Результаты испытаний показывают, что прогиб балки также указывает на «трехступенчатый» закон, который аналогичен развитию трещины.В начальных циклах прогиб был небольшим, но быстро менялся, и балки учитывались на ранней стадии совокупного повреждения. По мере увеличения количества циклов прогиб постепенно стабилизировался. Жесткость тестовых балок на этом этапе практически не изменилась и принималась в стабильном состоянии. На заключительном этапе жесткость конструкции резко снизилась, что привело к быстрому увеличению прогиба вплоть до разрушения образцов.

3.3. Эволюция деформации бетона в зоне сжатия

Точность измерения деформации бетона несколько ограничена из-за материальной зависимости материала и развития микротрещин.Несмотря на это, результаты по-прежнему служат хорошим ориентиром для эволюции. Тензодатчики, установленные на фланце промежуточной секции, хорошо работали во время испытаний и показали самые высокие значения сжатия. На рисунке 9 показано изменение кривой нагрузки-деформации с увеличением количества циклов. Остальные кривые эволюции аналогичны этой, повторяться не будем.

На рисунке 9 показано, что кривые нагрузка-деформация смещались вниз с увеличением количества циклов, что указывает на то, что при увеличении количества циклов наблюдались более высокие значения деформации.Кривая, соответствующая нагрузке первого цикла, обычно находится в верхней части всех кривых, тогда как на более поздних стадиях, скажем, 10 000 циклов, она постепенно снижалась и имела тенденцию к стабильности. Поскольку образец должен был разрушиться, скорость сдвига кривой снова увеличилась и постепенно отклонялась от предыдущего кластера до разрушения. Но в целом показания тензодатчиков, измеренные через каждый регулярный интервал, существенно не изменились по сравнению с другими. Максимальное изменение составляло всего около 10 ~ 35 με . Взяв в качестве примера измерение на 10 000-м цикле в стабильный период, разница между этим циклом и последующим испытанием была даже меньше, чем 20 мкс .

Учитывая развитие деформации образцов, разумно сделать вывод, что развитие деформации бетона также соответствует «трехступенчатому» закону. На начальной стадии циклического нагружения деформации и трещины в бетоне быстро развивались в течение первых 10 000 циклов. Затем реакция медленно менялась в течение длительного периода. На заключительном этапе усталостной жизни скорость увеличения деформации стала выше, но эволюция все еще не была заметной. Даже до отказа большинство деформаций и трещин не показали резких изменений в последнем измерении.С другой стороны, это отражает то, что продолжительность разрушения конструкции была очень короткой и никаких очевидных предупреждений не было обнаружено, что подтверждает сложность выявления разрушения с помощью регулярных конкретных измерений. Также стоит отметить еще один момент: изменение конкретной реакции может дать мало информации об оценке срока службы, поскольку отказ не вызван конкретными потерями.

3.4. Эволюция диапазона напряжений продольной арматуры

Вид разрушения продольного разрушения арматуры показывает, что диапазон напряжений арматуры может быть ключевым параметром, влияющим на усталостные характеристики.Чтобы получить эволюцию напряжений в образцах, датчики деформации были установлены на продольной арматуре перед заливкой бетона. И показания периодических статических испытаний образцов были записаны и преобразованы в напряжения.

На рисунке 10 показаны полученные кривые цикла диапазона напряжений для каждой балки. Результаты показывают, что диапазоны напряжений продольных стержней были относительно стабильными и регулярными на начальной и средней стадиях циклического нагружения. Данные показывают отрицательную корреляцию с усталостной долговечностью.Однако диапазон напряжений каждой балки на последних этапах варьировался, что может быть важной причиной различий в результатах эксплуатации. Результаты тестирования говорят о следующем. ① Арматурные стержни в каждой балке испытали переменный рост диапазона напряжений на начальном этапе (не более 5% от общего срока службы), а затем значения быстро стабилизировались и вступили в среднесрочный период (5% ~ 60% от общего срока службы). жизни). На этом этапе рост был очень медленным и продолжался долгое время. ② В более поздний период циклов нагружения было две формы изменения напряжения для всех балок.За исключением F-4 и F-7, вся балочная арматура продолжала оставаться практически неизменной до последних 1–3 периодов измерения (более 80% от общего срока службы), в то время как для балок F-4 и F-7 не было последующего стабильного напряжения. Период был найден, и напряжения в арматуре постепенно увеличивались после 60 ~ 65% от общего срока службы. Это явление важно, потому что процесс эволюции диапазона напряжений сильно изменился за последнюю 1/3 жизней. И рисунок кривой цикла диапазона напряжений отличался от других. ③ Ферма F-3 не вышла из строя после 9 миллионов циклов.Диапазон стресса у него был такой же, как у F-4, но их жизнь была другой. Чтобы изучить его возможности, после циклического нагружения было проведено испытание на статическую нагрузку (форма одноточечного изгиба), и его несущая способность составила 64 кН, что свидетельствует об отсутствии очевидного ухудшения характеристик по сравнению с S-1 и S-2. Это явление биения может быть связано с начальной свободой от дефектов продольной арматуры, хорошей обработкой поверхности и т. Д. [22], и аналогичные результаты можно найти в других испытаниях [26].④ Диапазоны напряжений для F-4 и F-7 были относительно стабильными в первые 65% срока службы, которые составляли 116 МПа и 170 МПа соответственно. По истечении этого периода наблюдалось резкое увеличение, когда F-4 был загружен в течение 2,46 миллиона циклов. Диапазон напряжений увеличился до 168 МПа и продолжал медленно расти. Для определения причин резкого увеличения вблизи тензодатчика была обнаружена крупная трещина шириной 0,25 мм. И раскрытие и закрытие трещины четко наблюдалось во время циклического нагружения. Ширина была равна 0.46 мм и продлен до нижней части фланца после 3,26 миллиона циклов. Аналогичный случай можно было наблюдать и в процессе заряжания F-7. Диапазон напряжений арматуры сразу же изменился до примерно 200 МПа с быстрым развитием крупной трещины на участке F-7. Однако прогиб двух балок не показал значительных изменений на соответствующих циклах, что позволяет предположить, что жесткость остается стабильной. ⑤ Увеличение диапазона напряжений арматурного стержня до разрушения можно было обнаружить почти во всех случаях. Это могло быть связано с серьезным накопленным повреждением продольной арматуры, и поперечное сечение считалось уменьшенным.Для поддержания равновесия в сечении напряжения в бетоне и арматуре перераспределялись, что приводило к чрезмерной деформации. В результате контроль ширины трещины был ослаблен и предположительно объяснял сопровождаемые сверхширокие трещины в бетоне.

В свете кривых, показанных на рисунке 10, можно также сделать вывод, что диапазоны продольных напряжений арматурного стержня являются лучшими параметрами для прогнозирования усталостной долговечности по сравнению с конкретными трещинами, деформациями и прогибами. Диапазоны, определенные по показаниям датчиков, являются стабильными и считаются более подходящими для оценки усталостной долговечности конструкции.

4. Обсуждение

S — N Кривая армирования

Результаты испытаний показывают, что диапазон напряжений арматурного стержня имеет важное значение для усталостной долговечности. Чтобы спрогнозировать усталостную долговечность, необходимо построить кривую S — N (число циклов, испытанных в диапазоне напряжений) [25] для продольной арматуры в бетоне, подверженной циклической изгибающей нагрузке.

Подход S — N требует данных испытаний на усталость для разработки отношения наилучшего соответствия, которое описывает оценку срока службы материала.На рисунке 11 показаны точки данных испытаний диапазонов и циклов напряжений арматурного стержня для каждого образца. Из-за того, что F-3 закончился, для анализа аппроксимации кривой доступно только 6 пар данных. Соответствующая кривая S — N методом наименьших квадратов [27, 28] получается следующим образом:

Кривая является медианной с коэффициентом корреляции R = 0,912. Дальнейшую оценку для ± 2 стандартных отклонений можно получить с помощью статистики, которая также показана на рисунке 11.Результаты показывают, что все 6 пар данных находятся в пределах ± 2 стандартных отклонения, что говорит о том, что кривая хорошо подходит. Однако данных слишком мало, чтобы отразить общие правила, несмотря на хороший коэффициент корреляции. Статистическая значимость кривой все еще вызывает сомнения. Требуются дополнительные работы по сравнению и проверке.

Для проверки подобранной кривой данные из различных исследований [16, 23, 29] показаны на рисунке 12. Сравнение показывает, что разброс из разных тестов сильно различается.Подгоняемая кривая не согласуется с другими собранными данными, и многие точки данных выходят за пределы стандартных отклонений ± 2, что означает, что подгонка неуместна. Эта проблема может также продемонстрировать, что 6 кривых S — N на основе данных не имеют достаточной статистической значимости. Все данные следует объединить для дальнейшего исследования.

Собрав все данные из различных тестов, есть 24 точки, доступные для построения кривой S — N .Данные рассчитаны для подгонки логарифма. И тогда соответствующая кривая получается как

. Коэффициент корреляции R для уравнения уменьшается до 0,779. Уменьшение фактически соответствует статистическому закону. Как правило, коэффициент R уменьшается с увеличением количества данных. Однако значение аппроксимирующей кривой все еще превышает пороговое значение R _мин = 0,404 [28], и результат имеет статистическую значимость.Результат подгонки и данные испытаний показаны на рисунке 13.

На практике уравнение (2) следует модифицировать, чтобы учесть избыточность, описывающую усталостную долговечность с разумным уровнем достоверности. Уровень можно принять равным 97,7%, что соответствует 2 стандартным отклонениям вниз от медианного. Уравнение выражается как

. Просматривая эту кривую на Рисунке 13, можно обнаружить, что все точки лежат над кривой, что демонстрирует, что кривая удовлетворяет требованиям калибровки.

Для дальнейшего обсуждения кривой уравнение (3) и соотношение S — N , предписанное Еврокодом 2 [30], показаны на рисунке 14. Из рисунка видно, что наклон кривой в Еврокоде 2 сильно отличается от уравнения (3), и первое уменьшается медленнее. Кроме того, кривая в основном лежит выше подобранной кривой -2SD, а значительное количество точек расположено под ней, что говорит о недостаточности избыточности. Оценка срока службы с использованием кривой Еврокода 2 может привести к небезопасному результату, в то время как уравнение (3) показывает хорошие характеристики по сравнению с кривой, предписанной Еврокодом 2.Построенная кривая очень хорошо согласуется с собранными данными, а уровень достоверности приемлемый.

5. Выводы

7 Проведены усталостные испытания Т-образной балки при различных амплитудах нагрузки. Вид отказа, механическое развитие и взаимосвязь S — N обсуждаются на основе результатов испытаний. Из исследования можно сделать следующие основные выводы: (1) Вид разрушения, вызванного усталостью, очевиден. Все образцы, кроме F-3, вышли из строя в режиме растяжения изгиба из-за усталостного разрушения продольной арматуры вблизи середины пролета.Растягивающая арматура мало деформировалась, и никаких явных предупреждений не наблюдалось перед окончательным усталостным разрушением образцов. (2) Во время циклических процессов нагружения трещины и прогибы бетона протекают по «трехступенчатому» закону. Измеренные значения на начальном этапе развивались очень быстро, а на втором этапе значения оставались практически неизменными в течение длительного времени. Продолжительность может составлять около 80% от общей жизни. Когда образцы вышли из строя, значения снова резко возросли, и фермы быстро вышли из строя.(3) Развитие деформации бетона также следует «трехступенчатому» закону. Однако зафиксировать изменения деформации на заключительном этапе было сложно из-за короткой продолжительности этапа. Поскольку бетон не разрушился после потери балки, эволюция деформации бетона может дать мало информации об оценке срока службы. (4) Результаты измерения диапазона продольных напряжений арматурного стержня более стабильны и регулярны по сравнению с другими механическими параметрами. Все диапазоны напряжений арматуры увеличились на заключительном этапе из-за сильного повреждения и перераспределения напряжений.И общая эволюция показывает сильную корреляцию с окончательным отказом и сроками службы. (5) Кривая продольной арматуры S — N аппроксимируется результатами испытаний и другими собранными данными. Сравнение с Еврокодом 2 показывает, что полученная кривая хорошо согласуется с данными испытаний и имеет достаточную избыточность, в то время как кривая Еврокода 2 может дать небезопасный результат. Для определения метода калибровки срока службы необходимо дальнейшее исследование на основе кривой.

Доступность данных

Данные, использованные для подтверждения выводов этого исследования, можно получить у соответствующего автора по запросу.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов в отношении публикации этой статьи.

Благодарности

Это исследование финансировалось Фондом научно-технических инноваций Научно-исследовательского института автомобильных дорог Министерства транспорта (гранты № 2019-I113 и 2018-A0004) и Национальной ключевой программой НИОКР Китая (грант № 2018YFC0809606) .

Расчет прямоугольной железобетонной балки

🕑 Время считывания: 1 минута

Железобетонные балки — это конструктивные элементы, которые предназначены для восприятия поперечных внешних нагрузок.Нагрузки вызывают изгибающий момент, поперечные силы и в некоторых случаях скручивание по всей своей длине. Кроме того, бетон прочен на сжатие и очень слаб на растяжение. Таким образом, стальная арматура используется для восприятия растягивающих напряжений в железобетонных балках. Кроме того, балки выдерживают нагрузки от плит, других балок, стен и колонн. Они передают нагрузки на поддерживающие их колонны. Кроме того, балки могут быть просто опорными, неразрезными или консольными. они могут быть выполнены в виде прямоугольного, квадратного, Т-образного и L-образного профиля.Балки могут быть усилены отдельно или дважды. Последние используются, если глубина луча ограничена. Наконец, в этой статье будет представлена ​​конструкция прямоугольной железобетонной балки.

Рекомендации по проектированию Прежде чем приступить к проектированию железобетонной балки, необходимо сделать определенные предположения. эти рекомендации предоставляются определенными кодексами и исследователями. Следует знать, что опыт дизайнера играет важную роль в принятии этих предположений.

Глубина балки (h) Не существует единой процедуры для расчета общей глубины балки (h) для проектирования. Тем не менее, можно следовать определенным рекомендациям для расчета глубины балки, чтобы можно было удовлетворить требованиям отклонения.

• ACI 318-11 обеспечивает рекомендуемую минимальную толщину для ненагруженных балок, если прогиб не рассчитан. т
• Canadian Standard Association (CSA) предоставляет аналогичную таблицу, за исключением одного непрерывного конца, который составляет 1/18.

Таблица 1 минимальная толщина не напряженных балок, если прогиб не рассчитан

Минимальная толщина, h
С простой опорой	Один конец сплошной	Оба конца сплошные	Консоль
Элементы, не поддерживающие или не прикрепленные к перегородкам или другой конструкции, которые могут быть повреждены из-за больших прогибов
л / 16	л / 18.5	л / 21	л / 8
Примечания: Приведенные значения следует использовать непосредственно для элементов из бетона нормального веса и арматуры класса 420. Для других условий значения изменены следующим образом: a) Для легкого бетона, имеющего равновесную плотность ( wc) в диапазоне от 1440 до 1840 кг / м3, значения следует умножить на (1,65 — 0,0003 wc ) , но не менее 1,09. b) Для fy , кроме 420 МПа, значения должны быть умножены на (0.4 + fy /700) .

• Глубину балки также можно оценить на основе отношения пролета к глубине. IS 456 2000 обеспечивает соотношение пролета к глубине для контроля прогиба балки, как указано в таблице 2.

Таблица 2 Отношение пролета к глубине в зависимости от пролета и типа балок, IS 456 2000

Пролет балки	Тип балки	Отношение пролет / глубина
До 10 м	С простой опорой	20
	Консоль	7
	Непрерывный	26
Более 10 м	С простой опорой	20 * 10 / пролет
	Консоль	–
	Непрерывный	26 * 10 / пролет

Ширина балки (б) Отношение глубины балки к ее ширине рекомендуется в пределах 1.От 5 до 2, причем наиболее часто используется верхняя граница 2. Расположение арматуры — один из основных факторов, определяющих ширину балки. Таким образом, при оценке ширины балки необходимо учитывать минимальное расстояние между стержнями. Ширина балки должна быть равна или меньше размера колонны, поддерживающей балку.

Арматура стальная ACI 318-11 обеспечивает минимальный и максимальный коэффициент усиления. Коэффициент усиления — это показатель количества стали в поперечном сечении. Таким образом, для расчета балок можно использовать любые значения в этом диапазоне.Тем не менее, на выбор влияют требования к пластичности, конструкция и экономические соображения. наконец, рекомендуется использовать максимальный коэффициент армирования 0,6 *. Размеры арматурного стержня Как правило, рекомендуется избегать использования стержней больших размеров для балок. Это связано с тем, что такие стержни вызывают растрескивание при изгибе и требуют большей длины для развития их прочности. Однако стоимость размещения стержней большого размера меньше, чем стоимость установки большого количества стержней малых размеров. Более того, обычные размеры стержней для балок варьируются от NO.От 10 до 36 (единица СИ) или от 3 до 10 (обычная единица измерения США), а два стержня большего диаметра от № 43 (№ 14) и № 57 (№ 18) используются для столбцов. . Кроме того, можно комбинировать прутки разного диаметра для более точного соответствия требованиям к площади стали. Наконец, максимальное количество стержней, которое может быть установлено в балке заданной ширины, определяется диаметром стержня, минимальным расстоянием, максимальным размером заполнителя, диаметром хомута и требованиями к бетонному покрытию.

Расстояние между стержнями ACI 318-11 указывает минимальное расстояние между стержнями, равное диаметру стержня или 25 мм.Это минимальное расстояние должно быть сохранено, чтобы гарантировать правильное размещение бетона вокруг стальных стержней. Кроме того, для предотвращения образования воздушных карманов под арматурой и обеспечения хорошего контакта между бетоном и стержнями для достижения удовлетворительного сцепления. Если в балку уложены два слоя стальных стержней, то расстояние между ними должно быть не менее 25 мм.

Защита бетона для армирования проектировщик должен поддерживать минимальную толщину или бетонное покрытие за пределами самой внешней стали, чтобы обеспечить достаточную защиту бетона от огня и коррозии.Согласно ACI Code 7.7, бетонное покрытие толщиной 40 мм для монолитных балок, не подвергающихся прямому воздействию земли или погодных условий. Покрытие не менее 50 мм, если бетонная поверхность будет подвергаться погодным воздействиям или контакту. Чтобы упростить конструкцию и тем самым снизить затраты, габаритные размеры балок b и h почти округлены до ближайших 25 мм.

Методика проектирования прямоугольной железобетонной балки Расчет бетонной балки включает оценку размеров поперечного сечения и площади арматуры, способной выдержать приложенные нагрузки.Существует два подхода к оформлению балок. Во-первых, начните проектирование с выбора глубины и ширины балки, затем вычислите площадь армирования. Во-вторых, предположите площадь армирования, а затем рассчитайте размеры поперечного сечения.

Первый подход будет представлен ниже При проектировании прямоугольной железобетонной балки используется следующий порядок действий:

• Сначала выберите эффективную глубину (d) и ширину (b) балки. Эффективную глубину можно рассчитать, используя глубину луча (h).

• Затем рассчитайте требуемый коэффициент сопротивления изгибу, приняв? = 0,9

• После этого найдите коэффициент армирования, соответствующий расчетному сопротивлению изгибу, вычисленному выше,

• Коэффициент усиления должен быть меньше максимального коэффициента усиления и больше минимального коэффициента усиления.
• Минимальный коэффициент усиления,

• Максимальный коэффициент усиления

• Может использоваться любой коэффициент усиления, но последний гарантирует, что деформация в стали будет не менее 0.005.
• После этого вычислить площадь армирования,

• Затем найдите количество стержней, разделив площадь армирования на площадь одного стержня.
• Наконец, проверьте, можно ли разместить стержень в пределах выбранной ширины поперечного сечения,

• Значение S должно быть не менее 25 мм, что является минимальным требуемым расстоянием между соседними стержнями.

Где: R: коэффициент сопротивления изгибу p: коэффициент усиления Mu: фактор нагрузки момента : коэффициент снижения прочности b: ширина поперечного сечения d: эффективная глубина поперечного сечения балки от верха балки до центра армирующего слоя. fc ‘: прочность бетона на сжатие fy: предел текучести стальных стержней p_u: предельная деформация в бетоне, равная 0.003 согласно коду ACI и 0,0035 согласно EC p_0.004: коэффициент армирования при деформации стали, равной 0,004 p_0.005: коэффициент армирования при деформации стали, равной 0,005 Как: область армирования S: расстояние между соседними стержнями n: количество стержней в одном слое

Расчет на сдвиг прямоугольной балки Расчет на сдвиг включает оценку расстояния между скобами для поддержки предельного усилия сдвига. Как правило, часть бетона будет противостоять силе сдвига, но та часть, которая не поддерживается бетоном, будет нести сдвигающую арматуру.

• Во-первых, вычислите предельную силу сдвига на расстоянии d, которое является глубиной поперечного сечения. Существуют исключения, когда при расчетах на сдвиг следует использовать сдвиг на поверхности опоры. Например, когда нагрузка прилагается к нижней части балки.
• Во-вторых, расчетная расчетная прочность бетона на сдвиг,
• Усиление сдвига не требуется, если Vu <0,5Vc.
• Если 0,5Vc> Vu
• Обеспечьте усиление сдвига, когда Vu> Vc.
• В-третьих, выберите пробную область стальной перемычки на основе стандартных размеров хомутов от № 10 до № 16.
• Умножьте площадь поперечной арматуры на количество опор хомутов, чтобы рассчитать площадь поперечной арматуры.
• Наконец, найдите расстояние для хомутов для вертикальных и наклонных хомутов соответственно, используя уравнения 12 и 13.