Особенности напряженно-деформированного состояния коротких железобетонных элементов | Статья в журнале «Молодой ученый»

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. — URL https://moluch.ru/archive/59/8366/ (дата обращения: 14.12.2018).

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.

Основные термины (генерируются автоматически): пролет среза, балок, балок Б, трещина, разрушающее усилие, увеличение пролета среза, напряжение, напряженно-деформированное состояние, распределенная арматура, III.


Похожие статьи

Исследование работы железобетонных балок с пролетом среза...

С целью получения более полной информации о напряженно-деформированном состоянии коротких железобетонных балок с пролетом среза a/h0=0,5 проведены натурные экспериментальные исследования и выполнен расчет указанных конструкций численным...

Характер трещинообразования коротких железобетонных балок...

трещина, момент образования, балок Б, высота балки, длина трещины, пролет среза, балок, развитие трещин, момент разрушения, ширина раскрытия трещины.

Исследование напряженно-деформированного состояния...

Исследование напряженно-деформированного состояния железобетонной балки при наличии трещины. Гасратова Наталья Александровна, кандидат физико-математических наук, доцент; Старева Ирина Александровна, магистрант.

Усиление тканевыми полимерными композитами железобетонных...

Все T-образные балки были усилены поперечными стальными хомутами с различным интервалом и количеством усиления среза. Образцы каждой из групп ТТ и TS имели по две подгруппы, основанные на отношение пролета среза к рабочей высоте (см. табл.).

О передаче напряжений через трещины железобетонных...

Качественное изменение напряженно-деформированного состояния железобетонных элементов после образования трещин связано со

Нагельное действие арматуры проявляется в местном изгибе, срезе и перегибе стержней, пересекающих трещину (рис 1б).

Программа и результаты исследования коротких железобетонных...

III, сжатая зона, A-III, распределенная арматура, пролет среза, балок, хомут, продольная растянутая арматура, изменение пролета среза, физико-механическое свойство бетона.

Обоснование необходимости разработки актуализированного...

Балки пролетных строений — заводского изготовления, из предварительного напряженного железобетона, с натяжением высокопрочной арматуры на упоры.

Исследование работы железобетонных балок с пролетом среза a/h0=0,5.

Совершенствование методики расчёта пологих железобетонных...

Ошибочный анализ напряжённо-деформированного состояния конструкции перекрытия.

Сечение балок — I № 25 немецкого сортамента [4], пролёт — 7,8 м. По данным инструментального анализа прогиб балки составил 3,0 см.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle

Похожие статьи

Исследование работы железобетонных балок с пролетом среза...

С целью получения более полной информации о напряженно-деформированном состоянии коротких железобетонных балок с пролетом среза a/h0=0,5 проведены натурные экспериментальные исследования и выполнен расчет указанных конструкций численным...

Характер трещинообразования коротких железобетонных балок...

трещина, момент образования, балок Б, высота балки, длина трещины, пролет среза, балок, развитие трещин, момент разрушения, ширина раскрытия трещины.

Исследование напряженно-деформированного состояния...

Исследование напряженно-деформированного состояния железобетонной балки при наличии трещины. Гасратова Наталья Александровна, кандидат физико-математических наук, доцент; Старева Ирина Александровна, магистрант.

Усиление тканевыми полимерными композитами железобетонных...

Все T-образные балки были усилены поперечными стальными хомутами с различным интервалом и количеством усиления среза. Образцы каждой из групп ТТ и TS имели по две подгруппы, основанные на отношение пролета среза к рабочей высоте (см. табл.).

О передаче напряжений через трещины железобетонных...

Качественное изменение напряженно-деформированного состояния железобетонных элементов после образования трещин связано со

Нагельное действие арматуры проявляется в местном изгибе, срезе и перегибе стержней, пересекающих трещину (рис 1б).

Программа и результаты исследования коротких железобетонных...

III, сжатая зона, A-III, распределенная арматура, пролет среза, балок, хомут, продольная растянутая арматура, изменение пролета среза, физико-механическое свойство бетона.

Обоснование необходимости разработки актуализированного...

Балки пролетных строений — заводского изготовления, из предварительного напряженного железобетона, с натяжением высокопрочной арматуры на упоры.

Исследование работы железобетонных балок с пролетом среза a/h0=0,5.

Совершенствование методики расчёта пологих железобетонных...

Ошибочный анализ напряжённо-деформированного состояния конструкции перекрытия.

Сечение балок — I № 25 немецкого сортамента [4], пролёт — 7,8 м. По данным инструментального анализа прогиб балки составил 3,0 см.

Задать вопрос