Деформационная модель расчета железобетонных колонн

Расчеты прочности, подобных элементов, имеющих растянутую арматуру в количестве более 0,8 % и выполненных из бетона с призменной прочностью более 30 МПа, необходимо проводить при увеличении деформаций в опорных точках диаграммы “sb–eb” на 45 %.

Полученные выводы позволяют сформулировать общие принципы расчета реальных железобетонных конструкций по прочности, устойчивости и деформативности с высокой степенью точности. Отличительной особенностью разработанной методики расчета является возможность проведения анализа работы внецентренно сжатых элементов в зависимости от прочности бетона, армирования, гибкости элемента. Это позволяет проектировщику принять более обоснованное проектное решение. Продемонстрируем это на некоторых примерах.

Проанализируем влияние начального эксцентриситета приложения нагрузки на несущую способность сжатых железобетонных колонн сечением 40х40 см, высотой 400 и 1200 см. Гибкость колонн с шарнирно-закрепленными концами (l=lo/h) в этом случае будет равна соответственно 10 или 30. Колонны выполнены из тяжелого бетона естественного твердения класса В25 и содержат продольную арматуру класса А-2 в количестве 0,25 или 1,5 %. Очевидно, что принятое минимальное количество арматуры можно отнести к нижнему, конструктивному пределу армирования. В соответствии со СНиП 2.03.01-84* “Бетонные и железобетонные конструкции” при расчете железобетонных колонн величина случайного эксцентриситета принимается из большего значения lo/600 или h/30. В нашем случае начальный эксцентриситет приложения нагрузки будет составлять 1,33 или 2,0 см в зависимости от высоты колонны. На рис. 1 приведены зависимости, показывающие уменьшение несущей способности выбранных сжатых элементов при увеличении начального эксцентриситета приложения нагрузки.

На всем диапазоне увеличения начального эксцентриситета приложения нагрузки (от 0,5 до 4 см) наблюдается близкое к линейному снижение несущей способности сжатых железобетонных колонн, которое составляет около 24 % для коротких элементов и около 32 % для длинного с малым содержанием арматуры.

Соотношение между несущей способностью колонн одинаковой высоты с минимальным и максимальным содержанием арматуры при начальном эксцентриситете приложения нагрузки в 2 см составляет 68 – 71 %. Таким образом, обеспечение однородности бетона, точности монтажа колонн или установки опалубки при их бетонировании на строительной площадке имеет скрытый резерв несущей способности сжатых железобетонных элементов. Не исключено, что учет этих факторов должен проводиться в индивидуальном порядке для каждой строительной организации, в то же время недоучет их может привести к самым серьезным последствиям, а именно – к разрушению элементов.

Второй пример касается выбора класса бетона по прочности на сжатие и армирования для гибкой железобетонной колонны сечением 40х40 см высотой 1200 см (рис. 2).

Расчет выполнен при начальном значении эксцентриситета в 2 см для колонн, содержащих 0,25 и 1,5 % продольной арматуры класса А-2. Из рисунка видно (линии 1 и 2), что для бетона класса В25 увеличение количества продольной арматуры в 6 раз приводит к повышению несущей способности колонны примерно в 1,54 раза. При этом характер деформирования колонн очень близок. В обоих случаях отмечаются явно выраженные пластические деформации. Максимальная нагрузка, воспринимаемая колоннами, соответствует выгибу в 5 – 6 см (1/200 – 1/240)lo. Альтернативным вариантом, обеспечивающим повышение несущей способности колонны (вариант увеличения поперечного сечения колонны здесь не рассматривается), может быть повышение класса бетона по прочности на сжатие. Но для того, чтобы добиться значения несущей способности колонны более 2,0 МН, необходимо принять бетон класса В45. Очевидно, что второй вариант более выгоден с экономической точки зрения, но потребует от строительной организации и завода по производству железобетонных конструкций больших усилий по обеспечению качества железобетонных изделий. Не исключено, что решающее слово должно быть за заказчиком строительного объекта.
Таким образом, деформационная модель расчета железобетонных элементов является прогрессивным и перспективным направлением в теории железобетона. Использование ее дает мощный инструмент для получения технически обоснованных проектных решений, имеющих высокую надежность при наименьших материальных затратах. Это поднимет строительство на более высокий качественный уровень.