|
|
Жесткость стоек, которая
препятствует предварительному напряжению балок, защемленных в этих стойках,
не была принята во внимание в расчетах прочности на разрушение.
Рассмотрим балку ABC ( XIV.41), защемленную на двух
стойках DE и GH, и предположим, что в результате жесткости стоек на эту балку
передается лишь незначительная часть усилия предварительного напряжения F.
Будем нагружать бал-ку, например, равномерно; при условии
слабой степени ее предварительного напряжения она быстро растрескается в
точках Л и С, а затем и в В'. Однако, как только этот процесс произойдет,
балка более не оказывает сопротивления сближению стоек, подвергаемых в
вершинах действию усилия F, возникающего в пучке.
Следовательно, стойки сначала будут работать в качестве
защемленных консолей, и в них появятся трещины на внешней поверхности
опорного сечения. Усилие предварительного напряжения после этого будет
передаваться на балку, поскольку жесткость стоек в значительной степени
уменьшилась; теперь балка работает как трехшарнирная арка вследствие разницы между
уровнями центров давления посредине я \ в
и в местах защемления. Распор арки вызывает 6 F—— усилия в
вершинах стоек в точках Л' и С'\ эти усилия стремятся раздвинуть стойки и
образовать трещины на внутренней поверхности в 1*- - их нижней части.
Следовательно, возникает состояние равновесия, при котором раскрывшиеся
трещины вызывают процессы, которые
приводят к закрытию трещин, и тогда предварительное
напряжение ослабевает в той степени, в какой в этом является необходимость.
В заключение следует отметить, что было бы чрезмерно
строгим полностью учитывать влияние жесткости при поверочных расчетах на
основе упругой стадии; снижение примерно на 50% величины дополнительных
реакций, обусловленных жесткостью, не является чрезмерным, при условии, если
будет предусмотрена дополнительная арматура по конструктивным соображениям.
Вышеизложенное может быть обобщено. Нами введено усилие
предварительного напряжения F с целью обеспечения надежности элемента Л,
однако элемент А соединен с другим элементом В\ если реакции, которые
оказывает В на Л, противодействуют их деформации укорочения, то элемент Л
будет подвергнут предварительному напряжению только от усилия kFy которое
меньше, чем F, причем реакции элемента В на элемент Л будут равны: —
F+kF=—F(1—ft), а действие элемента Л на элемент В равно: F(\—k).
Элемент Л не может подвергнуться преждевременному
разрушению вследствие недостаточности предварительного напряжения, потому что
•при этом предположении реакции элемента Л на элемент В исчезли бы и,
следовательно, усилие предварительного напряжения оказалось бы переданным на
элемент Л; следовательно, устанавливается равновесие при условии, что
снижение величины реакции элемента Л на элемент В не доведет этот же самый
элемент В до опасного состояния, а это в свою очередь сводится к обеспечению
надежности элемента В.
Следовательно, если различные конструктивные элементы
подвергаются предварительному напряжению, каждый в соответствии со своим
расчетом в предположении полного отсутствия взаимных реакций, то
предварительное напряжение обязательно распределяется в согласии с
вышеприведенным предположением; если изменения взаимных реакций начинаются с
начала образования трещин, то можно наблюдать стаби- лйзированные явления, в
которых трещины возникают без нарушения непрерывности, другими словами,
остаются невидимыми и лишены опасных последствий.
В таком случае имеется налицо не только перераспределение
моментов, но равным образом и перераспределение продольных усилий. Пример
подобного перераспределения мы нашли в плитах; они происходят всякий раз, как
трещинообразование вводит в действие распоры (как в нашей балке на XIV.41,
которая работает как трехшарнирная арка), возникающие в результате
предварительного напряжения, которым можно располагать и которое еще не было
использовано.
Можно сказать, что было осуществлено потенциальное
предварительное напряжение. Усилие натяжения имеется налицо, даже если бы оно
не было использовано; оно будет использовано по мере того, как конструктивный
элемент будет в нем испытывать необходимость.
В. Поверочный расчет и сопротивление срезывающей силе
В предшествующем изложении речь шла только о равновесии
сил, параллельных нейтральной оси, без уделения внимания составляющей,
перпендикулярной к этой оси.
В случае необходимости при исчислении разрушающих
моментов, которые служат основой для расчетов по стадии разрушения следует
принимать во внимание те изменения, которые может вызвать поперечная сила,
или принять необходимые меры для устранения образования трещин, превращающих
конструкцию в непригодную для нормальной эксплуатации. Как известно,
вертикальную составляющую называют поперечной силой (срезывающим усилием).
Вполне очевидно, что нельзя отделить поперечную силу от
продольной составляющей; обеспечить сопротивление срезывающей силе, или
учесть это усилие, — это, в действительности, равносильно обеспечению прочности
от действия наклонного луча кривой давления.
Эти обстоятельства могут быть учтены двумя различными
способами, соответствующими двум типам разрушения косой «шарнирной цепи»
сжатия, передающей нагрузку на опору.
Первый тип. Трещины появляются, как при простом изгибе, на
нижней стороне балки, однако, они в большей или меньшей степени наклоняются
по мере того, как доходят до сжатой зоны, вследствие значительных
тангенциальных напряжений между арматурным пучком и бетоном в растянутой
зоне. Из этого можно, с одной стороны, сделать вывод о возрастании деформаций
сечений, которые больше не остаются плоскими (получается увеличение
кривизны), с другой стороны, о превышении предельной величины силы сцепления
и скольжении пучка; в результате происходит уменьшение разрушающего момента.
В этом случае имеет место стадия разрушения посредством раздавливания бетона
под действием нагрузки при образовании «шарнирной цепи», однако, это может
возникнуть преждевременно, иначе говоря, под действием внутреннего усилия,
которое соответствовало бы чистому изгибу.
Второй тип. Косые трещины начинаются на нейтральной оси,
поблизости от средины расстояния между точкой приложения нагрузки и опорой
(или расстояния между двумя пластическими шарнирами). В таком случае имеет
место разрушение «шарнирной цепи» сжатия путем растрескивания под влиянием
главных растягивающих напряжений.
|