Железобетонная балка является
изгибаемым элементом, в котором под действием приложенной нагрузки возникают
усилия М и Q. Расчетной схемой балки является однопролетная статически
определимая балка, нагруженная равномерно распределенной нагрузкой (g+V).
Расчетный пролет l0 балки считается между серединами площадок ее опирания на
стены. Максимальное значение изгибающий момент достигает в середине пролета, а поперечная сила
– у опор. Поэтому ожидать разрушение балки можно именно
в середине пролета - от действия изгибающего момента M и вблизи опор - от
действия поперечной силы Q.
Разрушение в середине пролета происходит по нормальному сечению (см. рис. 1.1). Изгиб приводит к сжатию бетона выше нейтральной оси нормального поперечного сечения балки и растяжению ниже этой оси. Бетон хорошо сопротивляется сжатию и надежно работает вплоть до разрушения балки. Растягивающие усилия воспринимаются нижней продольной арматурой балки, которая вместе со сжатым бетоном обеспечивает ее несущую способность. При этом можно говорить, что растянутый бетон в балке исключается из работы.
Разрушение от действия поперечной силы происходит по наклонному сечению. Противостоят разрушению балки по наклонному сечению бетон и арматурные стержни поперечной арматуры, совместно работающие на растяжение.
Однако сталь хорошо сопротивляется и сжатию. Если ввести в центрально сжатый элемент стальную арматуру, поперечное сечение такой колонны по сравнению с бетонной при одной и той же нагрузке будет значительно меньше, конструкция легче и экономичнее.
В многоэтажном здании наиболее нагруженными являются колонны первого этажа. На рисунке 1.2 показано, что на колонну первого этажа нагрузка собирается с покрытия Р1 и трех перекрытий 3´Р2. Кроме того, учитывается собственный вес колонн всех этажей. Колонна верхнего этажа испытывает сжатие от нагрузки Р1 и собственного веса. Между тем, поперечное сечение колонн всех этажей принято одинаковым 400´400 мм. Разная несущая способность колонн обеспечивается за счет постановки арматурных стержней с увеличивающейся площадью поперечного сечения (As) от верхнего к нижнему этажу здания.
Соединить бетон и сталь для совместной работы как единое целое, значит получить качественно новый материал – железобетон.
Совместная работа бетона и стальной арматуры в железобетонных конструкциях оказалась возможной благодаря следующим их свойствам:
- бетон при твердении прочно сцепляется с арматурой, поэтому в конструкциях оба материала деформируются совместно;
- сталь и бетон обладают близкими по величине коэффициентами линейного расширения, поэтому при изменении температуры (до 1000С) в железобетоне возникают очень небольшие начальные напряжения;