Совершенствование метода расчета железобетонных балок по наклонным сечениям при статическом и кратковременном динамическом нагружении

Рис. 1. Опытные образцы

С целью подтверждения и уточнения аналитических зависимостей определения касательных и нормальных (,) напряжений, возникающих в бетоне по берегам трещины автором были проведены экспериментальные исследования двух серий опытных образцов. Образцы представляют собой призмы размером 200200600 мм с косыми вырезами (рис. 1.). Армирование образцов одинаковое и выполнялось из условия обеспечения разрушения образца по продольной оси между вырезами. Образцы отличались величиной максимального зерна заполнителя бетона (=16 мм – для образцов 1-ой серии, =32 мм – для образцов 2-ой серии).

Испытания образцов проводились на гидравлическом прессе на статическую, распределенную по площади образца нагрузку. В процессе испытаний величину прикладываемого усилия контролировали по силоуказателю гидравлического пресса. Поперечные и продольные деформации бетона в зоне между вырезами до образования трещины регистрировали тензорезисторами, после образования трещины поперечные деформации измерялись с помощью металлических тяжей, устанавливаемых перпендикулярно плоскости образования трещины. Продольные деформации бетона, подвижку берегов трещины и ширину раскрытия трещины измеряли механическими приборами.

Результаты исследований представлены на рис. 2.

Анализ результатов испытаний показал, что разрушающая нагрузка образцов 1-ой и 2-ой серий незначительно отличается друг от друга, и при величине заполнителя =16 – 32 мм (наиболее часто встречающиеся в практике проектирования) касательные и нормальные напряжения в трещине могут быть определены на основе теории бетонных «зубьев», предложенной Валравеном Д. по следующим зависимостям:

(2)

Динамический характер сопротивления при реализации сдвигового механизма движения трещины предлагается учитывать введением коэффициента динамического упрочнения к статической прочности бетона.

Многие исследователи отмечают в продольной арматуре в месте пересечения ее наклонной трещиной помимо осевых усилий также изгибающих моментов и поперечных – нагельных – сил. Опыты Залесова А.С., Карпенко Н.И., Торяника М.С., Митрофанова В.П., Фортученко Ю.А., Валравена Д., Кемпа К., Джонсона Р., Ригана П., Чехавичуса Р. и других показали, что величина поперечной силы, воспринимаемой арматурой при срезе, в зависимости от ряда факторов может составлять от 10 до 74% разрушающей поперечной силы (). Анализ теоретических предположений и опытных данных позволил принять в зависимости от формы разрушения нагельного механизма расчетную модель для оценки сопротивления арматуры срезу.

Рис. 2. Сравнение результатов экспериментальных данных с теоретическими

зависимостями (2); - собственные исследования,

□ ×- по данным других опытов


Третья глава посвящена разработке метода расчета прочности наклонных сечений железобетонных балок при статическом и кратковременном динамическом нагружении, приведены расчетные зависимости и алгоритм расчета.

Рассматривается изгибаемая железобетонная конструкция прямоугольного сечения, работающая на поперечный изгиб под действием кратковременной динамической нагрузки интенсивностью .

Система дифференциальных уравнений для определения параметров конструкции, прогибов , расчетных кривизн в каждый момент времени принята в виде:

(3)

где: - соответственно изгибная и сдвиговая жесткости конструкции, определяемые с учетом появления и развития трещин; - погонная масса; - коэффициент, определяющий жесткость на сдвиг ( , где: - угол поворота волокон при поперечном сдвиге).

Расчет основан на методе конечных разностей с соответствующими граничными и начальными условиями для шарнирно опертой балки. В каждый момент времени, полученные из расчета по нормальным сечениям функции прогибов, углов поворота, кривизн, сил инерции используются для определения напряженно-деформированного состояния и усилий в наклонных сечениях.

Для определения деформаций сечение по высоте балки разбивается с равным шагом на слои. Значения деформаций продольных волокон в каждом сечении изгибаемой балки через их приращения за промежуток времени будут равны:

(4)

где: - координата по высоте нормального сечения; - координата мгновенного физического центра тяжести сечения.

Поведение конструкции моделируется в процессе её движения от начала приложения нагрузки до развития неупругих деформаций и разрушения. На первом этапе до появления трещин балка работает как условно упругий элемент (стадия I (упругая), Iа (упругопластическая до образования трещин)). В этих стадиях усилия в бетоне и арматуре определяются в соответствии с гипотезой плоских сечений для условно упругого материала. Напряжения в слоях конструкции определяются в зависимости от принятых аналитических диаграмм деформирования арматуры и бетона в сжатой и растянутой зонах.

С появлением сети трещин в зоне действия максимальных изгибающих моментов и переходом конструкции в стадию II (упругопластическая с образованием нормальных трещин) напряженно-деформированное состояние балки изменяется незначительно. В этой стадии изгибающие моменты определяются путем интегрирования напряжений по высоте сечения:

(5)

где: - напряжения в сжатом и растянутом бетоне в соответствующем слое; - напряжения в растянутой и сжатой арматуре; - координата от точки, относительно которой определяется момент до центра соответственно сжатого и растянутого слоя с напряжениями .

Высота сжатой зоны бетона определяется из условия равновесия внутренних продольных усилий.

До образования наклонной трещины поперечная сила воспринимается бетоном над нормальными трещинами.

Образование наклонных трещин в бетоне элемента принято перпендикулярно направлению главного растягивающего напряжения. Оно устанавливается при достижении в бетоне по главной площадке предельных деформаций на растяжение. С образованием и развитием наклонных трещин конструкция переходит в стадию IIа (упругопластическая с образованием наклонных трещин). В этой стадии напряженно-деформированное состояние конструкции значительно изменяется. Развитие наклонных трещин приводит к образованию отдельных жестких блоков, которые при деформировании вызывают изгиб продольной арматуры и смещение граней блоков относительно друг друга.

Смещение граней блоков относительно друг друга и их взаимный поворот вызывает возникновение усилий в поперечной арматуре , нагельных сил в продольной арматуре и сил зацепления бетона по берегам трещины , которые определяются с учетом зависимости (4).

В этой стадии рассматривается наклонное сечение. Величина поперечной силы, воспринимаемой элементом () определяется по зависимости:

(6)

Составляющие уравнения (6) определяются на основе анализа деформационной модели приопорной зоны балки (рис.3).

М

Рис. 3. Схема деформирования железобетонной балки с разрушением по наклонной трещине.


аксимальное значение поперечной силы принято на основе исследований проф. Расторгуева Б.С., которые показывают, что в предельной стадии поперечная сила сохраняет близкое к постоянному значение .

В стадии III рассматривается равновесие отдельного бетонного блока, разделенного нормальной и критической наклонной трещиной (рис. 4.).

И

Рис.4. Схема действия усилий в

приопорной зоне

спользуя уравнения равновесия и дополнительные деформационные зависимости, определяемые из анализа деформационной модели приопорной зоны балки (рис. 3) составляется система уравнений (7), совместное решение которой позволяет определить предельное поперечное усилие, воспринимаемое элементом ().

(7)

Условием разрушения конструкции является достижение в бетоне над наклонной трещиной сочетания напряжений на взаимно перпендикулярных площадках предельных значений по критерию прочности бетона при плоском напряженном состоянии, принятого с учетом скоростного нагружения. Переход конструкции из одной стадии в другую основан на деформационных критериях.

Четвертая глава посвящена экспериментальным исследованиям прочности наклонных сечений железобетонных балок.

Задачи экспериментальных исследований состояли в следующем:

  • получить данные о прочности, деформативности и трещиностойкости железобетонных балок, разрушающихся по наклонным сечениям и влиянии на их напряженно-деформированное состояние проемов в приопорной зоне и характера поперечного армирования;

  • изучить особенности деформирования железобетонных балок по наклонным сечениям при однократном динамическом нагружении.

При экспериментальном изучении параметров напряженно-деформированного состояния на моделях использованы основные положения теории подобия, общепризнанные методики физического и геометрического моделирования конструкций.

В соответствии с поставленными задачами были запроектированы и изготовлены три серии (по пять образцов в каждой серии) железобетонных балок прямоугольного сечения размером 100400 мм, при длине пролета между опорами 2240 мм. Все балочные образцы содержали одинаковую продольную арматуру. Верхняя арматура выполнена из двух стержней диаметром 6 мм класса А-I. В нижней зоне установлены два стержня диаметром 20 мм класса A-III. Поперечное армирование балок осуществлялось арматурой диаметром 4 мм класса Вр-I.

Для определения прочностных и деформативных характеристик арматурной стали были проведены стандартные испытания на растяжение на разрывной машине в соответствии с требованиями действующих государственных стандартов. На основе анализа полученных данных установлено, что для арматуры:

Ø 20 мм А-III - ; ; ;

Ø 6 мм А-I - ; ; ;

Ø 4 мм Вр-I - ; ; ;

Прочность бетона образцов к моменту испытаний на основании стандартных испытания призм и кубов соответствовала классу В35.

  1. Совершенствование метода расчета железобетонных элементов при косом внецентренном статическом и кратковременном динамическом сжатии, растяжении и изгибе 05. 23. 01 Строительные конструкции, здания и сооружения

    Автореферат диссертации
    СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДА РАСЧЕТА ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ПРИ КОСОМ ВНЕЦЕНТРЕННОМ СТАТИЧЕСКОМ И КРАТКОВРЕМЕННОМ ДИНАМИЧЕСКОМ СЖАТИИ, РАСТЯЖЕНИИ И ИЗГИБЕ
  2. Абакарова Надежда Магомедгаджиевна Средства выражения побудительной модальности в лакском языке : : диссертация кандидата филологических наук : 10. 02. 02

    Диссертация
    Абакарова Надежда Магомедгаджиевна Средства выражения побудительной модальности в лакском языке : : диссертация кандидата филологических наук : 10.02.
  3. Учебно-методический комплекс по дисциплине «Железобетонные и каменные конструкции» Специальность

    Учебно-методический комплекс
    Учебно-методический комплекс по дисциплине «Железобетонные и каменные конструкции» составлен в соответствии с требованиями Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования специальности 270102 «Промышленное
  4. Учебно методический комплекс Владивосток 2009 Рецензенты

    Учебно-методический комплекс
    Его содержание определяется рекомендуемой структурой УМК: он включает в себя рабочую учебную программу, конспект лекций, методические указания к практическим работам и выполнению курсового проекта, вопросы для проверки усвоения материала дисциплины.
  5. Учебно-методический комплекс по дисциплине «Экономика отрасли» Специальность (2)

    Учебно-методический комплекс
    Учебно-методический комплекс по дисциплине «Строительные конструкции» составлен в соответствии с требованиями Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования специальности 270201 Мосты и транспортные тоннели (ЗМТ),
  6. Типовая инструкция по эксплуатации производственных зданий и сооружений энергопредприятий

    Инструкция по эксплуатации
    Настоящая "Типовая инструкция по эксплуатации производственных зданий и сооружений энергопредприятий" распространяется на все энергетические предприятия, эксплуатирующие производственные здания и сооружения и выполняющие
  7. Положение об организации работы по охране труда в отрасли "Связь" «О системе управления охраной труда в ОАО «ютк»

    Документ
    1. Российская Федерация состоит из республик, краев, областей, городов федерального значения, автономной области, автономных округов - равноправных субъектов Российской Федерации.
  8. Общие рекомендации Ограничение воздействий технологического процесса и систем инженерного оборудования Защита от атмосферных осадков и грунтовых вод

    Руководство по эксплуатации
    РЕКОМЕНДАЦИИ ПО УЧЕТУ ОБЪЕМНО-ПЛАНИРОВОЧНЫХ И КОНСТРУКТИВНЫХ РЕШЕНИЙ И ОСОБЕННОСТЕЙ УСЛОВИЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ ЗДАНИЙ ПРИ ОПРЕДЕЛЕНИИ СТРУКТУРЫ И СОСТАВА РАБОТНИКОВ ОТДЕЛА ЭКСПЛУАТАЦИИ И РЕМОНТА ЗДАНИЙ ПРЕДПРИЯТИЯ
  9. Технический комитет по стандартизации

    Документ
    ЗАО «ЦНИИМФ» разработал отраслевой документ РД 31.1.02-04 «Правила технической эксплуатации подъемно-транспортного оборудования морских торговых портов» на основе и взамен руководящего документа РД 31.

Другие похожие документы..