Влияние жесткости стоек

Жесткость стоек, которая препятствует предварительному напряжению балок, защемленных в этих стойках, не была принята во внимание в расчетах прочности на разрушение.

Рассмотрим балку ABC ( XIV.41), защемленную на двух стойках DE и GH, и предположим, что в результате жесткости стоек на эту балку передается лишь незначительная часть усилия предварительного напряжения F.

Будем нагружать балку, например, равномерно; при условии слабой степени ее предварительного напряжения она быстро растрескается в точках Л и С, а затем и в В. Однако, как только этот процесс произойдет, балка более не оказывает сопротивления сближению стоек, подвергаемых в вершинах действию усилия F, возникающего в пучке.

Тем не менее, быть может, можно было бы это учитывать в отношении начальной деформации укорочения е0 бетона перед началом действия внешних нагрузок, так как всякая дополнительная деформация укорочения уменьшает деформации, которые могут сопутствовать стадии разрушения. Можно усмотреть, что уменьшение е оказывает только слабое влияние на значение разрушающего момента, однако, оно снижает кривизну в стадии разрушения. Конструкция, подверженная значительным линейным удлинениям, может таким образом оказаться в менее благоприятных условиях. Это является предметом экспериментальных исследований, что мы и отмечаем.

Следовательно, стойки сначала будут работать в качестве защемленных консолей, и в них появятся трещины на внешней поверхности опорного сечения. Усилие предварительного напряжения после этого будет передаваться на балку, поскольку жесткость стоек в значительной степени уменьшилась; теперь балка работает как трехшарнирная арка вследствие разницы (F) между уровнями центров давления посредине и в местах защемления. Распор арки вызывает усилия в вершинах стоек в точках А и С; эти усилия стремятся раздвинуть стойки и образовать трещины на внутренней поверхности в их нижней части. Следовательно, возникает состояние равновесия, при котором раскрывшиеся трещины вызывают процессы, которые приводят к закрытию трещин, и тогда предварительное напряжение ослабевает в той степени, в какой в этом является необходимость.

В заключение следует отметить, что было бы чрезмерно строгим полностью учитывать влияние жесткости при поверочных расчетах на основе упругой стадии; снижение примерно на 50% величины дополнительных реакций, обусловленных жесткостью, не является чрезмерным, при условии, если будет предусмотрена дополнительная арматура по конструктивным соображениям.

Вышеизложенное может быть обобщено. Нами введено усилие предварительного напряжения F с целью обеспечения надежности элемента Л, однако элемент А соединен с другим элементом В; если реакции, которые оказывает В на А, противодействуют их деформации укорочения, то элемент А будет подвергнут предварительному напряжению только от усилия которое меньше, чем F, причем реакции элемента В на элемент А.

Элемент А не может подвергнуться преждевременному разрушению вследствие недостаточности предварительного напряжения, потому что при этом предположении реакции элемента А на элемент В исчезли бы

и, следовательно, усилие предварительного напряжения оказалось бы переданным на элемент А; следовательно, устанавливается равновесие при условии, что снижение величины реакции элемента А на элемент В не доведет этот же самый элемент В до опасного состояния, а это в свою очередь сводится к обеспечению надежности элемента В.

Следовательно, если различные конструктивные элементы подвергаются предварительному напряжению, каждый в соответствии со своим расчетом в предположении полного отсутствия взаимных реакций, то предварительное напряжение обязательно распределяется в согласии с вышеприведенным предположением; если изменения взаимных реакций начинаются с начала образования трещин, то можно наблюдать стабилизированные явления, в которых трещины возникают без нарушения непрерывности, другими словами, остаются невидимыми и лишены опасных последствий.

В таком случае имеется налицо не только перераспределение моментов, но равным образом и перераспределение продольных усилий. Пример подобного перераспределения мы нашли в плитах; они происходят всякий раз, как трещинообразование вводит в действие распоры (как в нашей балке, которая работает как трехшарнирная арка), возникающие в результате предварительного напряжения, которым можно располагать и которое еще не было использовано.

Можно сказать, что было осуществлено потенциальное предварительное напряжение. Усилие натяжения имеется налицо, даже если бы оно не было использовано; оно будет использовано по мере того, как конструктивный элемент будет в нем испытывать необходимость.