Ugięcia elementów żelbetowych niezarysowanych i zarysowanych
Stosowanie w rozwiązaniach konstrukcyjnych wyższych klas betonu i stali zbrojeniowej pozwala realizować bardziej materiałooszczędne, lecz jednocześnie coraz bardziej wiotkie elementy nośne. W wyniku działających obciążeń ustroje mogą podlegać przemieszczeniom, które w procesie projektowania muszą być uwzględniane i kontrolowane w ramach weryfikacji stanu granicznego użytkowalności.
Ugięcie należy zatem traktować jako maksymalne przemieszczenie elementu, będące odpowiedzią konstrukcji na przyłożone obciążenie. Kontrola ugięć spowodowanych działaniem obciążeń użytkowych ma istotne znaczenie z uwagi na następujące przesłanki eksploatacyjne:
- — zapewnienie użytkowalności konstrukcji,
- — możliwość uszkodzeń przylegających elementów niekonstrukcyjnych,
- — odczucia estetyczne użytkowników.
Nadmierne ugięcia
Nadmierne ugięcia elementów konstrukcyjnych w niektórych przypadkach mogą być przyczyną utraty zdolności eksploatacyjnych przez konstrukcję, jak to ma miejsce np. w nadmiernie ugiętych płytach stropodachów, co może prowadzić do powstawania zastoisk wody opadowej na połaci dachu. Bardzo ważną przesłanką jest możliwość uszkodzenia elementów przylegających do nadmiernie odkształconych konstrukcji nośnych. Może to mieć miejsce w przypadku ich kontaktu ze ściankami działowymi, oszklonymi przegrodami lub zamocowanymi detalami wykończenia. Odkształcenia mogą też ograniczać lub wręcz uniemożliwiać funkcjonowanie drzwi lub okien stykających się z elementami nośnymi. Nie bez znaczenia może być także pogorszenie estetyki wnętrza, w którym np. elementy stropowe są nadmiernie ugięte.
Na ugięcia elementów żelbetowych wpływa wiele czynników, z których większości nie udaje się uwzględnić w obliczeniach w sposób ścisły. Podstawowe znaczenie ma tu czas, z czym wiążą się głównie skurcz i pełzanie betonu oraz relaksacja stali zbrojeniowej. Dlatego też w większości norm postuluje się uwzględnienie ugięć elementów wywołanych kombinacją obciążeń długotrwałych. Ugięcia powstają zarówno w wyniku działania obciążeń bezpośrednich, jak i pośrednich (np. pól temperatury). Obciążenia termiczne mogą niekiedy powodować przemieszczenia ustroju większe niż obciążenia mechaniczne. Ma to np. miejsce w cylindrycznych żelbetowych ścianach zbiorników na ciecze czy w silosach.
W ujęciu ogólnym weryfikacja stanu granicznego ugięć konstrukcji żelbetowych polega na wykazaniu, że ugięcia a elementu (pod wpływem założonej kombinacji obciążeń eksploatacyjnych) nie przekraczają wartości granicznych, traktowanych jako dopuszczalne.
Według PN-99 sprawdzanie ugięć jest konieczne w konstrukcjach żelbetowych dachowych i stropowych w budownictwie mieszkaniowym, przemysłowym, rolniczym, a także użyteczności publicznej. W innych przypadkach należy kontrolować ugięcia jedynie tych elementów, dla których sformułowano takie wymaganie w warunkach eksploatacji.
W celu częściowej lub całkowitej kompensacji ugięć zezwala się nadawać elementom konstrukcyjnym odwrotną strzałkę ugięcia, której wartość nie może jednak przekroczyć 1/250 rozpiętości obliczanego elementu.
Ugięcia elementów niezarysowanych
W obliczeniowym modelu liniowo-sprężystym przemieszczenie a(y) niezarysowanego elementu prętowego może być wyznaczone na podstawie krzywizny, która w przypadku zginania może być obliczona z uproszczonego równania osi odkształconej.
Na tej podstawie można sformułować normowy wzór obowiązujący przy wyznaczeniu maksymalnych ugięć w elementach zginanych
W przeciwieństwie do Eurokodu 2 w PN-99 nie nałożono obowiązku obliczania w elementach żelbetowych ugięć wywołanych skurczem betonu, jakkolwiek jest to wymagane przy obliczaniu elementów zespolonych.
Ugięcia elementów zarysowanych
Jak wyjaśniono to wcześniej, w elemencie zarysowanym sztywność ulega zasadniczym zmianom na długości elementu, przy czym wyraźne różnice obserwuje się nawet w sąsiednich przekrojach.
Jest oczywiste, że uwzględnienie rzeczywistej funkcji zmiany sztywności na długości elementu poważnie komplikuje obliczanie ugięć. W obliczeniach inżynierskich można stosować założenia upraszczające, które polegają na uśrednieniu sztywności przekrojów na odcinku między rysami oraz sztywności w przekrojach przechodzących przez rysy. W jeszcze większym uproszczeniu możliwe jest uśrednienie sztywności na długości elementu.
Na ogół obciążenie krótkotrwałe działa na element, który ugiął się wcześniej pod wpływem obciążeń długotrwałych. Wartości graniczne ugięć, wywołanych jednoczesnym działaniem tych dwóch rodzajów obciążeń nie są określone w tej normie. Jeżeli zachodzi taka potrzeba, to ustala się je stosownie do wymagań w rozpatrywanym przypadku.
