При проектировании железобетонных опор их деформации определяются:
а) при расчете опор или конструкций опор по 2-й группе предельных состояний, которым должно быть подтверждено, что их деформации при действии нормативных нагрузок не превышают допустимых нормами;
б) при расчете по прочности (1-я группа предельных состояний), когда изменение первоначальной формы опоры под действием внешних нагрузок приводит к значительному ухудшению условий ее работы, за счет качественного изменения характера действия некоторых из этих нагрузок.
По деформированной схеме должны рассчитываться наиболее массовые промежуточные свободностоящие опоры, основной нагрузкой на которые является давление ветра на провода, грозозащитные тросы и конструкции (нагрузка кратковременная). Так как влияние остальных нагрузок невелико, прогибы стоек этих опор могут определяться в предположении, что все действующие на опру нагрузки являются кратковременными.
Наиболее сложным при расчете деформаций железобетонных элементов является определение их жесткости и учет ее изменения по длине элемента при действии конкретных сочетаний нагрузок. Этому вопросу посвящен настоящий раздел.
Прогибы предварительно напряженных железобетонных стоек опор, в которых при действии внешней нагрузки трещины не образуются, определяются в предположении, что железобетон работает как однородное упругое тело. Жесткость стойки в каждом сечении определяется выражением:
(7-64) где Εб — начальный модуль бетона, Jп — приведенный момент инерции сечения, т. е. момент инерции, подсчитанный с учетом влияния продольной арматуры. .
Прогибы железобетонных стоек с напряженной продольной арматурой, в которых при действии внешних нагрузок образуются поперечные трещины, могут быть представлены как сумма прогибов до и после образования трещин. Прогиб стойки на стадии ее работы без трещин f1 определяется по формуле (7-68), в которой учитывается жесткость, подсчитанная по сплошному сечению Β1=0,85Εб/Jп и горизонтальная сила Ртр, соответствующая моменту трещинообразования. Прогиб стойки на стадии ее работы после образования трещин может быть представлен как сумма последовательных приращений прогиба стойки при увеличении горизонтальной силы на ΔР. Учитываемая при подсчете приращений прогиба жесткость стойки определяется при действии полной силы, действующей на стойку на данном этапе нагружения. Точность подсчета прогиба на этой стадии повышается с увеличением числа ступеней изменения действующей горизонтальной силы.
На рис. 7-13 приведена зависимость жесткости стойки, подсчитанной по опорному сечению, от действующего в этом сечении изгибающего момента. В соответствии с предлагаемым способом определения прогиба стойки действительное непрерывное изменение жесткости заменяется ступенчатым. Очевидно, что при этом способе прогиб будет переоцениваться, поскольку при определении приращений прогиба в расчет вводится конечная (меньшая) жесткость для соответствующего этапа нагружения. Лучший результат получается в том случае, когда в расчет вводится среднее значение жесткости на каждом этапе, однако при этом прогиб получается заниженным. При определении жесткости на стадии после образования трещин принято во внимание следующее. Стойки опор выполняются из бетонов высоких марок центробежным способом, диаграмма напряжение — деформация для которых близка к линейной.
Применяемая для продольной арматуры высокопрочная арматурная проволока класса Вр-II имеет очень высокие расчетные сопротивления, и рабочая точка при действии предельных нагрузок даже в крайнем стержне растянутой зоны находится на еще сравнительно линейном участке диаграммы σа=f(εа). Еще в большей мере это положение справедливо для стоек со стержневым смешанным армированием с применением арматурных сталей класса A-IV или A-V, расчетные сопротивления которых приняты по браковочному минимуму предела текучести. В действительности диаграмма σa = f(εa) для этих сталей не имеет физического предела текучести, характерного для сталей класса A-I—А-III. Поэтому при предельном нагружении стоек, в которых применяются эти стали, рабочая точка наиболее удаленного от нейтральной оси напряженного стержня растянутой зоны продолжает оставаться на достаточно линейном участке диаграммы. Рабочая точка в крайнем стержне ненапрягаемой арматуры находится ниже, т. е. на более линейном участке, чем рабочая точка напрягаемой арматуры. Поэтому при нагрузках, вызывающих образование трещин, остаточные деформации бетона и арматуры невелики и ими можно пренебречь. В этом случае в сечении на участке трещины работает арматура, а на участке сжатой зоны над трещиной бетон совместно с арматурой. Заменив бетон сжатой зоны эквивалентной по деформациям площадью продольной арматуры, получим составное кольцевое сечение, имеющее на участках растянутой и сжатой зон соответственно разные площади фактической и условной арматуры на единицу длины окружности. Момент инерции такого сечения
Таким образом, для конических и цилиндрических стоек с убывающей к вершине толщиной стенки, работающих при эпюре изгибающих моментов, близкой к треугольной, характер изменения параметра Ф будет зависеть от количественных соотношений перечисленных факторов. Для принимаемых на практике величин натяжения продольной арматуры, степени уменьшения толщин стенок и наружного диаметра решающее значение имеют последние два фактора. Степень изменения параметра Ф для разных стоек по их высоте неодинакова, но даже в самых худших случаях влияние этого изменения на расчетную величину прогиба невелико, что объясняется главным образом неодинаковым влиянием отдельных участков стойки на прогиб: определяющими являются нижние участки. Поэтому с известной осторожностью, обеспечивающей дополнительный запас надежности работы опоры, значение этого параметра, определенного по опорному сечению, принимается постоянным для всех сечений стойки.
По тем же соображениям может не учитываться работа без трещин верхних участков стоек, хотя такой учет лишь незначительно усложняет расчет.
Рис. 7-17. Изменение расчетной площади продольной арматуры по высоте конической стойки, изгибаемой горизонтальной силой, приложенной к вершине
Площадь сечения продольной арматуры в зависимости от вида армирования может изменяться или оставаться постоянной по высоте стойки. Если на стойку действует одна горизонтальная сила, приложенная на отметке верхнего сечения, создающая треугольную эпюру изгибающих моментов, то теоретическое изменение площади сечения продольной арматуры по высоте стойки имеет характер, представленный на рис. 7-17. Поскольку на железобетонные опоры воздействуют сочетания нагрузок, состоящие из сосредоточенных и распределенных нагрузок, создающих более сложные эпюры усилий, а к железобетонным элементам предъявляется целый ряд конструктивных требований, практическое армирование стоек значительно отличается от теоретического, определяемого изменением площади арматуры, приведенным на этом рисунке. Стойку нельзя выполнить с непрерывным изменением площади продольной арматуры, на практике площадь арматуры изменяют путем «обрыва» части стержней (обычно по три стержня в одном сечении) в соответствии с эпюрой изгибающих моментов. При таком способе изменение площади продольной арматуры по длине стойки получается ступенчатым. Его строгий учет при определении прогибов представляется нецелесообразным из-за чрезмерного усложнения расчета и увеличения объема вычислительных работ. Поэтому для расчета изменение площади по высоте принимается линейным, при этом сохраняются неизменными площадь поперечного сечения продольной арматуры в опорном сечении, а также общий расход ее на стойку.
С учетом сказанного в расчет вводится продольная арматура, площадь которой для произвольного селения определяется по площади опорного сечения: Fax= Fa.о—k1х, где
Рис. 7-18. Схема действующих в сечении напряжений, принимаемая при расчете по трещинообразованию
Вследствие трудности вычисления коэффициентов η1 и η2 их значения в зависимости от безразмерных параметров п и т даны в табл. 7-3. Входящая в выражение (7-79) жесткость опорного сечения должна определяться по формуле (7-74).
