Прочности изгибаемых железобетонных балок по наклонному сечению

Размещено на http: //www. allbest. ru/

Таразский госудаственный универсиет им. М.Х. Дулати, г. Тараз

Прочности изгибаемых железобетонных балок по наклонному сечению

Шекеев Д.Б., Ермуханов К.Е.

Развитие теории и методов расчета прочности, ширины раскрытия трещин и деформативности железобетонных элементов при действии поперечных сил имеет большое значение. Эта проблема охватывает практически все железобетонные конструкции, определяя количество поперечной арматуры, размеры поперечного сечения, способы армирования сложных конструктивных деталей (консолей, подрезок, узлов, сопряжения элементов и т.д.). Между тем, несмотря на многочисленные усилия исследователей в нашей стране и за рубежом, теория и методы расчета железобетонных элементов при действии поперечных сил остаются весьма несовершенными; по уровню развития они значительно отстают от методов расчета железобетонных элементов при действии продольных сил и изгибающих моментов в нормальных сечениях. Главная причина такого положения заключается в сложности самой проблемы. В зоне действия поперечных сил железобетонные элементы работают в условиях плоского напряженного состояния (при наличии нормальных и наклонных трещин, неупругих деформаций в бетоне и арматуре и нарушении сцепления между арматурой и бетоном). Все это вызывает большие трудности при решении задачи и заставляет использовать приближенные приемы расчета, что приводит к излишнему расходу материалов в железобетонных конструкциях, а в ряде случаев - к их недостаточной надежности.

В 1936 г. А.А. Гвоздевым и М. С. Боришанским был выдвинут метод расчета прочности железобетонных элементов по наклонным сечениям, основанный на равновесии внешних и внутренних предельных усилий в данном сечении. Этот метод явился крупным вкладом по сравнению с так называемым классическим методом расчета Мерша по главным растягивающим напряжениям, поскольку стало возможным рассматривать не условные напряжения, а фактические усилия в наклонном сечении перед разрушением.

Исследования прочности наклонных сечений при действии поперечных сил проводили: Алиев Г.С., Баранова Т.И., Белобров И.К., Боришанский М.С., Волков И.В., Гвоздев А.А., Жарницкий В.И., Залесов А.С., Зиганшин Х.А., Зорич А.С., Ильин О.Ф., Климов Ю.А., Король Е.А., Кумпяк О.Г., Лоскутов О.М., Митрофанов В.П., Мордич А.И., Светлаускас В.А., Сигалов Э.Е., Усенбаев Б.У., Титов И.А., Шеина С.Г., Ferguson P.M., Frenay J.W., Krefeld W.I., Laskar A., Mattock A.H., Moody K., Taylor H.P., Zwoyer E. и др. Также рассмотрен уточненный метод расчета прочности наклонных сечений при действии поперечных сил, предложенный А.А.Гвоздевым и А.С. Залесовым, в котором учитываются силы зацепления берегов наклонной трещины, влияние продольной растянутой арматуры.

Разрушение по наклонным сечениям происходит по мере увеличения нагрузки и развития наклонных трещин наступает такой момент, когда элемент перестает сопротивляется усилиям, действующим на него, и происходит разрушение, где развитие наклонных трещин показан на рисунке 1. Разрушение элемента по наклонным сечениям характеризуется резким раскрытием одной из наклонных трещин и последующим разрушением бетона над ее верхним концом либо нарушением связи между продольной арматурой и бетоном на участке от нижнего конца наклонной трещины до конца элемента. Первый вид разрушения будем именовать разрушением по сжатой зоне, а второй вид - разрушением по растянутой зоне. Наклонная трещина, по которой происходит разрушение, называются критической. Таким образом, наклонное сечение, по которому происходит разрушение, проходит по критической наклонной трещине, по бетону над ее верхним концом и продольной арматуре под ее нижним концом. Характер разрушения по наклонному сечению показан на рисунке 2.

Рис. 1 Развитие наклонных трещин в железобетонных элементах

Рис. 2 Разрушение железобетонного элемента по наклонному сечению

При оценке разрушения бетона над наклонной трещиной можно выделить две наиболее характерные формы. В одном случае происходит раздробление зоны бетона над наклонной трещиной, которое проявляется в виде образования ряда мелких трещин, которое объединяясь, нарушают целостность бетонного блока. В другом случае происходит разрыв бетона по направлению наклонной трещины и трещина распространяется к сжатой грани элемента без нарушения целостности бетона по берегам наклонной трещины. прочность трещина железобетонный наклонный

Наклонное сечение, проходящее по критической наклонной трещине, характеризуется двумя геометрическими параметрами высотой зоны бетона над наклонной трещиной х и длиной проекции наклонной трещины на продольную ось элемента с (рис.2.). Эти параметры не всегда можно установить достаточно точно в опытных образцах в силу разветвления наклонных трещин, тем не менее вполне определенно можно проследить их зависимость от изменения основных характеристик железобетонного элемента.

В элементах без хомутов, как правило, появляется одна, характерная наклонная трещина, по которой происходит разрушение. В элементах с хомутами образуются несколько параллельно расположенных наклонных трещин, одна из которых в дальнейшем становится критической (рис. 2). Чем больше насыщение элемента поперечной арматурой, тем больше количество наклонных трещин образуется в элементе и тем меньше расстояние между ними.

Поперечное армирование оказывает влияние на размеры и положение наклонной трещины, в том числе и критической, по которой происходит разрушение. С увеличением поперечного армирования, увеличивается высота х зоны бетона над критической наклонной трещиной и уменьшается длина проекции наклонной трещины с на продольную ось элемента.

Несущая способность по наклонному сечению для элементов с поперечной арматурой значительно выше, чем для элементов без хомутов, причем с увеличением поперечной арматуры несущая способность интенсивно возрастает, однако до определенного предела, характеризуемого разрушением элемента по нормальному сечению либо по бетону между наклонными трещинами, независимо от количества поперечной арматуры. Поперечное армирование характеризуется предельным усилием, воспринимаемым хомутами, на единицу длины элемента qx=(Ra·Fx)/u или коэффициентом насыщения поперечной арматуры, µx=Fx/(b·u) в нашем случае с косвенным армированием формула имеет вид:

где: Аef - площадь сечения бетона, заключенного внутри контура сеток (считая в осях крайних стержней); S - расстояние между сетками КА; - соответственно число стержней, площадь сечения одного стержня, и его длина одного (другого) направления. Для КА применяют арматурную сталь классa и Вр-I диаметром от 2 до 3 мм включительно.

Если в коротком сжатом элементе установить поперечную арматуру, способную эффективно сдерживать поперечные деформации бетона, то этим можно существенно увеличить его несущую способность. Такое армирование называется косвенным (КА).

Для элементов с прямоугольным сечением применяют объемное косвенное армирование в виде часто расположенных поперечных сеток (рис.4). Косвенное армирование в виде поперечных сеток широко применятся для местного усиления железобетонных колонн вблизи стыков, а также под анкерами и в зоне анкеровки преднапряженный арматуры.

На рисунке 3 показан характер изменения разрушающей нагрузки в зависимости от характеристики поперечного армирования.

Рис. 3 Изменение разрушающей нагрузки с увеличением процента поперечного армирования

Можно видеть, что с увеличением µx разрушающая нагрузка увеличивается от величины, определяемой разрушаем по наклонному сечению при отсутствии поперечной арматуры, до максимальной величины, определяемой разрушением по нормальному сечению независимо от количества поперечной арматуры. Считая от минимально возможной величины разрушающей нагрузки по наклонному сечению в элементах без хомутов до максимальной разрушающей нагрузки по нормальному сечению, фактическая разрушающая нагрузка за счет поперечной арматуры может увеличиваться в 3 раза и более.

Экспериментальное исследования. На кафедры "Строительные материалы и конструкции" Таразского Государственного Университета им. М.Х.Дулати в период с мая 2014года по январь 2015 года, были проведены экспериментальные исследования по изучению эффективности применения КА для увеличения прочности по наклонному сечению изгибаемых элементов.

Целью нашего экспериментального исследования - это установить возможность применения косвенного армированиядля увеличения несущей способности по железобетонных элементов (балок, ригелей) по наклонному сечению.

Для решение поставленной цели было изготовлено две группы опытных образцов из тяжелого бетона с кубиковой прочностью R=25.....35МПа. Образцы этих групп - это балочки размерами bЧhЧl = =75Ч150Ч1200мм, отличающиеся только поперечным армированием в виде сеток мелкого диаметра, предусмотренные в зоне образования наклонных трещин изгибаемых элементов.

Первая группа состоит из двух балочек близнецов (БКА-1.1 и БКА-1.2) с поперечным армированием сетками С-1 и С-2 с шагом 70мм в виде пакета сеток из проволки Ш3Вр-I, Ш2Вр-I. Во второй группе также балочки - близнецы (БКА-2.1 и БКА-2.2) с с поперечным армированием сетками С-1 и С-2 с шагом 50мм в виде пакета сеток из проволки Ш3Вр-I, Ш2Вр-I (рис. 4).

Рис. 4 Схема армирования испытываемых образцов, сетки С-1 и С-2

Армирование растянутой зоны из арматур 2Ш12 А-III, а хомуты в центральной части по конструктивной необходимости из обыкновенной арматурной проволки Ш4Вр-I, шагом 110мм и 130 мм.

Изготовление арматурных каркасов, сеток и приготовление бетонной смеси было осуществлено в заводских условиях. Сварка сеток С-1 и С-2 из проволок проводилась на аргонной сварке.

Для определения класса бетона для каждой группы образцов было изготовлено шесть кубиков размерами 10Ч10Ч10 см. Испытание этих кубиков на 34 день, показала среднуюю прочность порядка 22,5 МПа.

Сосредоточенная нагрузка передавалась через стальную пластинку 10Ч75Ч100мм по схеме рис.5 в несколько этапов по (20-25)% от ожидаемой расчетной нагрузки QСНиП.

Рис. 5 Опытные образцы после испытания: а) образцы с косвенным армированием С-1,С-2-S=70 мм; б) образцы с косвенным армирование С-1,С-2-S=

Таблица 1 Характеристики опытных образцов и результаты испытания

Литература

1. СНиП РК 05.03.34-2005.Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения.

2. Гвоздев А.А., Залесов А.С. К расчету прочности наклонных сечений железобетонных элементов // Бетон и железобетон. - 1983. - №11.

3. Гнедовский В.И. Косвенные армирования железобетонных конструкций. - Л.: Стройиздат, Ленинград. отделение, 1981-128с.: ил.

4. Патент №792.

Размещено на Allbest.ru