Привет всем! Сегодня рассмотрим, что есть пластический шарнир в железобетонных конструкциях и то, как он образуется.
Как известно, сталь, применяемая в строительных конструкций до некоторого предела подчиняется закону Гука, т.е. до некоторой степени наблюдается линейная зависимость между напряжениями и деформациями. Т.е., например, если мы приложили к стальному стержню усилие в 10кН и получили для стержня длиной 1000мм перемещение одного из концов 0,5мм, то мы можем предположить, что при приложении усилия в 20кН мы получим перемещение в 1мм. Это произойдет, если напряжения не превысят некоторого предела, называемого пределом текучести.
Что же произойдет когда напряжения достигнут предела текучести? В этом случае начнется неупругая работа стали - деформации стержня будут происходить без увеличения внешней нагрузки. Если посмотреть на диаграмму "напряжения-деформации" мы увидим горизонтальную прямую (для так называемых мягких сталей). Следует учитывать, что зона неупругих деформация для обычных сталей значительно превышает зону упругой работы - упругие деформации стали, как правило, составляют порядка 0,2%-0,4%, в то время как деформация при разрыве составляют для разных видов стали порядка 10-25%, т.е. в десятки раз превышают упругие деформации. Забегая вперед скажу, что российскими нормами допустимые неупругие деформации ограничиваются 2,5% для малопрочных сталей и 1,5% для высокопрочных сталей, т.е. в любом случае правильный учет пластических деформаций не приведет к разрыву стали.
Итак мы видим, что зона неупругих деформаций значительно превышает зону упругих деформаций и было бы глупо эту зону не использовать.
Что же произойдет в сечении железобетонного элемента при достижении напряжениями в арматуре предела текучести? Деформации в арматуре растут без приложения дополнительной нагрузки и происходит поворот сечения, а поворот сечения это шарнир. Т.е. в сечении железобетонного элемента возникает шарнир, называемый пластическим.
Что объединяет пластический и обычный шарнир было подробно рассмотрено в первой части, поэтому сейчас останавливаться на этом не будем.
Как будет выглядеть пластический шарнир, возникающий в железобетонной конструкции на диаграмме "момент-кривизна"? Диаграмма "момент-кривизна" будет выглядеть почти так же как диаграмма "напряжения-деформации" для рассматриваемой арматурной стали.
Для обычных (не высокопрочных сталей), имеющих физический предел текучести мы будем иметь практически двухлинейную диаграмму "момент-кривизна". Для высокопрочных сталей (не имеющих ярко выраженной площадки текучести) диаграмма будет иметь более сложный вид, близкий к трехлинейной.
В каких конструкциях можно допускать пластические шарниры:
- В неперармированных изгибаемых элементах
- Во внецентренно-сжатых элементах, сжатых по случаю больших эксцентриситетов.
Попутно отметим, что естественно, пластические шарниры можно допускать только в статически неопределимых конструкциях.
Не опасно ли допускать пластические шарниры в железобетонных конструкциях?
Нет. При правильном проектировании железобетонных конструкций в пластических шарнирах нет ничего опасного. Почти 100-летний опыт эксплуатации таких конструкций это подтверждает. По крайней мере мне неизвестно случае разрушения элементов именно по причине допущения пластического шарнира.
Не будет ли чрезмерной ширина раскрытия трещин в железобетонном элементе при допущении пластического шарнира?
В этом вопросе есть доля справедливости - в пластическом шарнире действительно могут возникать достаточно большие деформации арматурной стали, что, естественно, приводит к существенному раскрытию трещин. В этом случае следует так проектировать конструкции, чтобы при расчете по первой группе предельных состояний допускалось образование пластического шарнира, а при расчете по второй группе предельных состояний пластический шарнир не образовывался.
