Библиографическое описание:

Скачков Ю. П., Снежкина О. В., Кочеткова М. В., Корнюхин А. В. Особенности напряженно-деформированного состояния коротких железобетонных элементов // Молодой ученый. — 2013. — №12. — С. 172-175.

При исследовании коротких балок ставилась задача — определить характер образования и развития трещин, схем разрушения; описать и проанализировать характер напряженно-деформированного состояния коротких железобетонных балок; выявить количественное и качественное влияние изучаемых факторов: пролета среза, схем армирования.

Программа исследований коротких балок предусматривала решение следующих вопросов: определение прочности и трещиностойкости балок без распределенной арматуры с пролетом среза a/h0 от 0,25 до 1,5; определение влияния горизонтальных и вертикальных хомутов на прочность и трещиностойкость балок с пролетом среза a/h0 от 1 до 1,5; определение влияния пролета среза на характер образования трещин, вид разрушения в балках без поперечной арматуры и в балках, армированных равномерно распределенной арматурой.

Авторами испытано три серии образцов: I серия — Б-1– Б-6; II серия — Б-7, Б-8; III серия — Б-9, Б-10. Опытные образцы коротких балок проектировались прямоугольного сечения с размерами 25х40 см, длина образцов изменялась в соответствии с пролетом среза. Бетон принимался класса В 25, арматура класса А III. Шесть образцов Б-1 — Б-6 армировались только продольной растянутой арматурой, исследуемым фактором являлся пролет среза 0,25£a/h0 £1,5. Образцы Б-9, Б-10 армировались горизонтальными, Б-7, Б-8 — вертикальными хомутами. В этом случае исследуемым фактором являлся вид распределенного армирования при изменении a/h0 от 1 до 1,5. Все образцы коротких балок имели одинаковое количество растянутой продольной арматуры ms=0,85 %.

Для улучшения визуального наблюдения за образованием трещин подготовка к испытаниям производилась в следующем порядке. Выполнялась зачистка и побелка поверхности бетона образцов. Для измерения деформаций бетона на боковую грань образца наклеивались тензодатчики с базой 50 мм.

Схема и общий вид установки для испытаний показана на рис. 1. Нагружение балок производилось гидравлическим домкратом ДГ-200 через систему распределительных траверс поэтапно: по 2000 кг до образования исследуемых трещин и далее, до разрушения. Схема нагружения показана на рис.1. Определение ширины раскрытия трещин в бетоне производилась с использованием трубки Брюнелля.

Рис. 1. Схема силовой установки испытания образцов-балок: 1 — металлическая рама; 2 — распределительная траверса; 3 — гидродомкрат; 4 — опорные площадки; 5 — жесткий штамп; 6 — испытываемый образец; 7 — катки

Характер образования и развития трещин в бетоне. Схемы разрушения.

Все опытные образцы балок серии 1 с пролетом среза от 0,25 до 1,5 разрушились по сжатой зоне. Опытные балки Б–1, Б–2 с пролетом среза 0,25...0,5 разрушились по наклонной трещине, проходящей внутри сжатого подкоса. Примечательно, что траектории этих трещин приближаются к диагонали наклонной полосы бетона, расположенной между грузовой и опорной площадками. При этом трещина имеет быстрый характер образования, определяющий момент разрушения. Важно отметить, что диагональная трещина пересекает серию прерывистых наклонных трещин, характерных при раздавливании бетона.

Момент разрушения в балке Б–1 сопровождался выделением сжатой наклонной полосы наклонной трещины с внешней стороны у грузовой площадки, в балке Б–2 — образованием серии наклонных прерывистых трещин, расположенных у опорной и грузовой площадок, характеризующих раздавливание бетона.

Разрушение балок Б–3...Б–6 с пролетом среза 0,75...1,5 происходит по наклонным трещинам, расположенным в сжатом подкосе (вблизи внутренней границы этого подкоса). Характерно, что изначально наклонные трещины образуются в нижней части балки у внутренней части опорной площадки, и в момент ее образования длина составляет 0,8 от высоты. Усилие образования этой трещины составляет 0,6–0,5 от разрушающей. С увеличением пролета среза увеличивается количество трещин, образующихся в бетоне растянутой зоны. В момент разрушения в балках Б–3, Б–4 происходит слияние граничной трещины с трещиной, траектория которой приближается к диагонали условной сжатой полосы. Таким образом, граничные наклонные трещины, выделяющие сжатый подкос с внутренней стороны, переходят в диагональную трещину.

В балках Б–5, Б–6 с пролетом среза 1,25–1,5 разрушение сжатой полосы сопровождалось местным разрушением бетона под грузовой и опорными площадками, имеющим клинообразный характер. В момент разрушения зоны сжатия объединялись одной либо двумя близко расположенными наклонными трещинами. Длина этих трещин составляла примерно 0,7 от высоты балки, траектория трещины смещалась к внутренней грани сжатой полосы, то есть в сторону максимальных сжимающих напряжений.

В балке Б–7 разрушение сжатой полосы характеризуется наличием прерывистых наклонных трещин, концентрирующихся у внутренней грани наклонной сжатой полосы, то есть в зоне максимальных напряжений внутри сжатой бетонной полосы. Балка Б–8 с вертикальными хомутами и пролетом среза 1,5 разрушалась по сжатой бетонной полосе при активном развитии наклонной трещины с диагональной траекторией внутри сжатого подкоса. При этом, в балках Б–7 и Б–8 разрушающая сила увеличилась в 1,65–1,6 раза по сравнению с балками без распределенного армирования.

В балке Б–9 с пролетом среза a/h0=1 разрушение происходило почти одновременно по сжатой и растянутой зоне. Основной характеристикой вида разрушений является активное развитие наклонных и вертикальных трещин и увеличение их количества. Разрушающее усилие возросло в 1,4 раза. Разрушение балки Б–10 произошло по растянутой зоне с активным раскрытием вертикальных трещин, выделяющих сжатую зону бетона. Разрушающее усилие увеличилось в 1,5 раза по сравнению с балками без распределенного армирования.

Выявлено четыре вида трещин. К первому виду отнесены вертикальные трещины Т–Р, расположенные в растянутой зоне балки. Ко второму виду отнесены наклонные трещины, названные граничными, — Т-Г. Характер расположения их меняется. Они могут выделять сжатую зону бетона как с внутренней, так и с внешней стороны, либо только с одной из сторон. К третьему типу отнесены: серия параллельных прерывистых наклонных трещин, расположенных в сжатой зоне бетона, — åТ-О, и, наконец, к четвертому типу отнесены магистральные наклонные трещины, расположенные внутри сжатой наклонной полосы, — Т-О [1,2]. Схема расположения трещин показана на рис. 2.

Рис. 2. Классификация трещин коротких балок

Особенности напряженно-деформированного состояния коротких балок

По показаниям тензодатчиков построена общая картина траекторий главных деформаций для балок с пролетом среза 0,25£a/h0£1,5. Выявлено, что в коротких балках главные сжимающие напряжения концентрируются в наклонных участках, расположенных между грузовой и опорными площадками. Главные растягивающие напряжения концентрируются в горизонтальных участках, расположенных вдоль нижней грани балки. Особенность характера изменения положения наклонных участков, в пределах которых концентрируются главные сжимающие напряжения при увеличении пролета среза от 0,25 до 1,5, заключается в том, что при увеличении пролета среза снижается угол наклона главных сжимающих напряжений, уменьшается ширина наклонного участка, в пределах которого происходит концентрация главных сжимающих напряжений. Кроме того, увеличивается значение главных сжимающих напряжений у внутренней грани наклонного участка. Согласно картине напряженно-деформированного состояния коротких балок с a/h0 от 1 до 1,5, поверхность бетона разделяется на характерные зоны. Первая зона представляет собой наклонную полосу, расположенную между грузовой и опорной площадками, в пределах которой концентрируются главные сжимающие напряжения. Вторая зона представляет собой горизонтальный участок в нижней части балки, в пределах которого концентрируются главные растягивающие напряжения. Третья и четвертая зоны располагаются с внутренней и с внешней стороны сжатого наклонного участка бетона и характеризуются малыми напряжениями [3,4].

Влияние исследуемых факторов

С увеличением пролета среза от 0,25 до 1,5 разрушающее усилие снижается в 1,6 раза, усилие образования трещин — в 2,3 раза, максимальная величина раскрытия трещин составляет 0,8–1,3 мм. С увеличением пролета среза от 1 до 1,5 в балках, армированных распределенной арматурой, разрушающее усилие снижается в 1,28 раза, усилие образования трещин — в 1,45 раза, максимальная величина раскрытия трещин составляет 0,6–1 мм. В балках, армированных распределенной арматурой в виде горизонтальных и вертикальных хомутов, разрушающее усилие увеличивается в 1,4–1,65 раза, усилие образования трещин увеличивается в 1,3–1,7 раза при изменении пролета среза от 1 до 1,5.

Выводы:

-          основную роль в сопротивлении коротких балок, играют главные сжимающие и главные растягивающие напряжения;

-          особенностью напряженно-деформированного состояния коротких балок с a/h0 от 1 до 1,5 является снижение угла наклона траекторий главных сжимающих напряжений; уменьшение ширины сжатой бетонной полосы и концентрация главных сжимающих напряжений у внутренней грани наклонной бетонной полосы;

-          выявлено четыре вида характерных трещин: наклонные трещины, выделяющие сжатую полосу бетона, вертикальные трещины в бетоне растянутой зоны, серия наклонных прерывистых трещин, характерных при раздавливании бетона и наклонные трещины, расположенные внутри сжатой наклонной полосы;

-          в балках с пролетом среза a/h0 от 1 до 1,5, так же как и в балках с a/h0£1, выявлено два вида разрушения — разрушение по наклонной сжатой бетонной полосе и по растянутому арматурному поясу;

-          определенные схемы разрушения и трещинообразования коротких железобетонных балок учтены при составлении Норм проектирования.

Литература:

1.         Баранова Т. И. Гармонизация методов расчета железобетонных балок с различным пролетом среза /Т. И. Баранова, О. В. Снежкина // Вестник отделения строительных наук РААСН. — 1998. — № 2. — С.41–45.

2.         Скачков Ю. П. Определение схем разрушения и трещинообразования коротких железобетонных балок по экспериментальным данным / Ю. П. Скачков, О. В. Снежкина, М. В. Кочеткова, А. В. Корнюхин// Региональная архитектура и строительство. — 2013. — № 3. — С.74–82.

3.         Снежкина О. В. Короткие балки. Моделирование физической работы: монография/ О. В. Снежкина, М. В. Кочеткова, А. В. Корнюхин. — Пенза: ПГУАС, 2011. — 124 с.

4.         Корнюхин А. В. Экспериментально-теоретические исследования толстых плит: монография./ А. В. Корнюхин, О. В. Снежкина, М. В. Кочеткова. — Пенза: ПГУАС, 2013. –132 с.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle