Сжатые элементы, усиленные косвенным армированием

Если в сжатых элементах с небольшим эксцентриситетом одновременно с продольной установить поперечную арматуру с малым шагом, то можно существенно повысить несущую способность элемента. Такое армирование называют косвенным.

Для круглых или многогранных колонн принимают косвенное армирование в виде спиралей или сварных колец (см. рис. 5.2, в), для элементов прямоугольного сечения — в виде часто расположенных поперечных сварных сеток (см. рис. 5.2, г). Косвенное армирование в виде сеток затрудняет бетонирование и поэтому его применяют для местного усиления торцов железобетонных колонн, под опорами сильно нагруженных балок и т. п.

Спирали изготовляют из арматуры классов A-I...A-III диаметром 6...14 мм (или проволоки класса Вр-I)*. Для обеспечения эффективной работы шаг спиральной арматуры должен быть не более ¹/₅ диаметра ядра сечения колонны d₁ и не более 8 см; минимальный шаг спирали нормами не ограничен, но, исходя из удобства бетонирования, его назначают не менее 3 см.

Сварные сетки для косвенного армирования изготовляют из арматуры тех же классов, что и спирали, диаметром 4...14 мм, размер ячеек принимают от 45×45 до 100×100 мм, но не более ¹/₄ меньшей стороны сечения колонны, шаг сеток s=6...15 см. Во всех случаях продольная арматура колонны должна проходить внутри контура сеток (см. рис. 5.2, г).

Косвенная арматура, подобно обойме, сдерживает поперечные деформации бетона и тем самым увеличивает сопротивление его действию осевых продольных сил. Бетон, заключенный внутри спиралей или сварных сеток, продолжает сопротивляться внешним воздействиям даже после отслоения наружного слоя. Разрушение произойдет только после достижения в поперечной арматуре предела текучести.

Расчет прочности колонн с косвенным армированием производят по приведенным выше формулам, подставляя в них вместо R_b приведенную призменную прочность R_b,red, определяемую при армировании поперечными сварными сетками по формуле

где φ — коэффициент эффективности косвенного армирования, определяемый по формуле φ = 1/(0,23+ψ), где ψ = μ_xyR_s,xy/l(R_b+10); μ_xy — коэффициент косвенного армирования, μ_xy=(n_xA_sxl_x+n_yA_syl_y)/(A_efs); n_x,A_sx, l_x — соответственно число стержней, площадь сечения одного стержня, его длина (считая в осях крайних стержней) в одном направлении; n_у, A_sy, l_y — то же, в другом направлении; А_еf — площадь сечения бетона, заключенного внутри контура сеток; s — расстояние между сетками; R_s,xy — расчетное сопротивление арматурных сеток.

* В последние годы применяют спиральную предварительно напряженную арматуру из высокопрочной проволоки класса В-II, наматывая ее на бетон.

При центральном сжатии (е₀=0) эффективность кольцевой арматуры максимальна. С увеличением e₀ эффект спирального армирования снижается.

Это объясняется тем, что сжатая зона бетона охвачена спиральной арматурой лишь по внешнему контуру, что не может в достаточной мере ограничить развитие поперечных деформаций. При армировании сетками в сжатой зоне, как правило, оказывается несколько ячеек сетки, каждая из которых работает самостоятельно, поэтому прочность бетона в таких внецентренно сжатых элементах практически не снижается.

Граничное значение ξ _R вычисляют по формуле (4.5), в которой со находят по эмпирической зависимости, учитывающей большую деформативность элементов с косвенным армированием [1]. Косвенное армирование учитывают в расчете при гибкости l₀/i≤35 (здесь i — радиус инерции ядра сечения, ограниченного осями крайних стержней поперечной арматуры), а также при условии, что несущая способность элемента, определенная по приведенным выше формулам (при A_ef и R_b,red), превышает его несущую способность, определенную по полному сечению А и величине расчетного сопротивления бетона R_b (без учета косвенной арматуры).

Для того чтобы в стадии эксплуатации в защитном слое не образовались продольные трещины и не произошло преждевременное отслаивание бетона, элементы с косвенным армированием проверяют по дополнительному условию:

где A_red и i_red — соответственно площадь и радиус инерции полного приведенного сечения элемента; у — расстояние от центра тяжести приведенного сечения до наиболее сжатого волокна.

При определении приведенных характеристик сечения принимают коэффициент приведения арматуры к бетону α=0,65R_s/R_b.