WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

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.

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).

Максимальное 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.).

Используя 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:

20 мм А-III - ; ; ;

6 мм А-I - ; ; ;

4 мм Вр-I - ; ; ;

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

Опытные образцы второй и третьей серий имели проемы размерами 100150 мм в пролете среза конструкции на расстоянии от опор. Образцы третьей серии имели дополнительные наклонные отгибы из арматуры диаметром 6 мм класса A-I.

Испытания свободно опертых балок статической и кратковременной динамической нагрузкой проводились двумя сосредоточенными силами, расположенными на расстоянии от опоры. Причем из каждой серии два образца испытывали статической нагрузкой, три – однократной динамической.

При статических испытаниях нагружение проводилось на специально разработанном стенде гидравлическим домкратом этапами, составляющими 0,050,1 ожидаемого разрушающего усилия, с выдержкой на каждом этапе 1015 минут. Усилие на опытные балки от домкрата передавалось посредством жесткой траверсы. Величину усилия контролировали по предварительно тарированному манометру насосной станции и по величине упругих деформаций динамометрических опор, позволяющих определять опорные реакции.

Кратковременное динамическое нагружение балок осуществлялось на копровой установке. Высота падения груза и его масса устанавливалась исходя из несущей способности конструкций. Величину прикладываемого усилия определяли тензодинамометром стаканного типа, который перед каждым испытанием тарировался с помощью специального оборудования. Опорные реакции определяли по величине упругих деформаций динамометрических опор. При таких испытаниях реакции опор, прогиб балок, деформации арматуры и бетона балок регистрировали с помощью специально разработанного аналого-цифрового преобразователя частотой 640 кГц, соединенного с ноутбуком Pentium-IV. Все исследуемые параметры записывали во времени в виде осциллограмм с дальнейшей расшифровкой их по градуировочным графикам.

Испытания показали, что:

  • наличие проема в опорной зоне балок приводит к снижению как их несущей способности, так и деформативности. При этом прочность конструкций по наклонным сечениям понизилась на 26-43%, деформативность – на 10-25%;
  • армирование наклонных сечений балок с проемами отгибами приводит к повышению несущей способности конструкций на 20-32%;

При однократном динамическом нагружении выявлено, что:

  • разрушение железобетонных балок с проемами происходит хрупко;
  • развитие опорных реакций опытных балок не является полным подобием диаграмм их сопротивления. С достижением максимального значения поперечная сила на опоре стабилизируется на небольшой промежуток времени, что характеризует неупругое деформирование конструкции в предельной стадии динамического сопротивления;

Анализируя деформирование опытных конструкций, можно отметить, что развитие деформаций продольной, поперечной арматуры и бетона по своему характеру и особенностям подобны как при статическом, так и кратковременном динамическом нагружениях. Наибольшее влияние на развитие деформаций оказало образование наклонных трещин. Так, в момент их образования и дальнейшего развития происходит перераспределение усилий в бетоне и арматуре, на сжатой грани бетона в некоторых случаях деформации замедляли свое развитие или переходили в деформации удлинения. В продольной арматуре происходило выравнивание значений деформаций в окрестностях критической наклонной трещины.

Следует отметить различия в образовании критической наклонной трещины в первой, второй и третьей сериях. Если в первой серии магистральная трещина развивалась от опоры до места приложения нагрузки, то во второй и третьей сериях магистральная трещина развивалась по пути наименьшего сопротивления, то есть от верхнего правого угла проёма до места приложения нагрузки, и от левого нижнего угла проёма к опоре.

Пятая глава посвящена численным исследованиям прочности и деформативности исследуемых конструкций на основе разработанного метода и сравнению экспериментальных данных с теоретическими. Также были проведены расчеты опытных балок согласно нормативной методики (СНиП 2.03.01.-84*, СНиП II-11-77*) и с использованием вычислительного комплекса «Мираж».

Результаты сравнения численных исследований, теоретических расчетов и экспериментальных данных приведены в таблице 1.

Таблица 1

Шифр балки

kH

ВК «Мираж»

СНиП 2.03.01.-84*

(СНиП II-11-77*)

предлагаемая

методика

kH

kH

kH

БС-1-1

92

89,2

1,065

87,9

1,046

89,5

1,027

БС-1-2

89

86,4

1,031

87,9

1,012

89,5

0,994

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»