Размещено на http://www.allbest.ru/

Полтавський національний технічний університет імені Юрія Кондратюка

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

05.23.01 - Будівельні конструкції, будівлі та споруди

НАПРУЖЕНО-ДЕФОРМОВАНИЙ СТАН ПОХИЛИХ ПЕРЕРІЗІВ ЗАЛІЗОБЕТОННИХ ЕЛЕМЕНТІВ, ЩО ЗГИНАЮТЬСЯ

Дмитренко Андрій олександрович

Полтава - 2007

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Питання проектування та зведення залізобетонних конструкцій, подальшого розроблення та вдосконалення методів розрахунку набувають усе більшого значення. Одним із шляхів підвищення ефективного застосування залізобетонних конструкцій у будівництві є вдосконалення методів їх розрахунку. Оскільки практично всі залізобетонні елементи, що згинаються, працюють на сприйняття поперечної сили, розрахунок по ній у багатьох випадках визначає розміри перерізів і кількість поперечної арматури.

Розрахунок несучої здатності похилих перерізів залізобетонних конструкцій за утворенням та розкриттям похилих тріщин є досить складний. У приопорних зонах елементів, що згинаються, діють поперечна сила, згинальний момент, які повинні одночасно враховуватись при розрахунках залізобетонних конструкцій. Недоліки розрахунку міцності похилих перерізів за нормами проектування спонукають дослідників до розроблення методики розрахунку міцності з урахуванням реальної картини напружено-деформованого стану в похилому перерізі.

Визначення та врахування впливу всіх факторів на роботу залізобетонних конструкцій збільшує їх надійність, довговічність, дає можливість виявити приховані запаси міцності. В цьому напрямі проведено багато наукових досліджень, але, незважаючи на це, розроблення методики розрахунку міцності та тріщиностійкості похилих перерізів є актуальною задачею.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконана в Полтавському національному технічному університеті ім. Ю.Кондратюка в рамках держбюджетної дослідної теми „Дослідження напружено-деформованого стану залізобетонних елементів і конструкцій, що працюють на косе позацентрове стиснення і косий згин, розробка методів їх розрахунку та раціонального армування. Створення теорії та оцінки напружено-деформованого стану нормального й похилого перерізів залізобетонних конструкцій при косому позацентровому стисненні і косому згині та розробка методів розрахунку їх несучої здатності” (державний реєстраційний номер 0198U002690).

Мета дослідження. Вдосконалення методики розрахунку міцності та тріщиностійкості похилих перерізів залізобетонних балок на основі експериментально-теоретичних даних.

Задачі дослідження

1. Експериментально дослідити напружено-деформований стан похилих перерізів залізобетонних елементів, що згинаються, залежно від поперечного армування та прольоту зрізу.

2. Провести оцінювання факторів, що впливають на утворення похилих тріщин, та виявити серед них найбільш впливові.

3. Удосконалити методику розрахунку тріщиностійкості похилих перерізів з урахуванням основних факторів, які впливають на їх виникнення в залізобетонних елементах прямокутного поперечного перерізу, що згинаються, без попереднього напруження.

4. Провести оцінювання методу розрахунку за шириною розкриття похилих тріщин залізобетонних елементів, що згинаються, та дати рекомендації до вдосконалення методики оцінювання ширини їх розкриття з урахуванням відсотка поздовжнього армування.

5. Розробити інженерну методику визначення міцності похилих перерізів залізобетонних елементів, що згинаються, з урахуванням реального напружено-деформованого стану в похилому перерізі.

Об'єкт дослідження: залізобетонні елементи, що згинаються.

Предмет дослідження: тріщиностійкість і міцність похилих перерізів залізобетонних елементів прямокутного перерізу без попереднього напруження.

Наукова новизна дисертаційної роботи полягає у тому, що

- на основі обробки експериментальних даних автора та інших дослідників визначено вплив поздовжньої арматури на тріщиностійкість похилих перерізів залізобетонних елементів, що згинаються, вперше отримано формулу, яка аналітично описує цей вплив;

- удосконалено методику розрахунку зусилля виникнення похилих тріщин у залізобетонних згинальних елементах;

- уточнено методику розрахунку ширини розкриття похилих тріщин у залізобетонних елементах, що згинаються;

- запропоновано методику визначення міцності похилих перерізів залізобетонних елементів, що згинаються, на основі дисково-в'язевої системи.

Практичне значення. Розроблена інженерна методика розрахунку виникнення похилих тріщин у залізобетонних елементах, що згинаються, може бути використана при проектуванні залізобетонних конструкцій. Методика дає можливість урахувати основні фактори, що впливають на виникнення похилих тріщин, може використовуватися в інженерних розрахунках. Виявлено суттєву недооцінку тріщиностійкості похилих перерізів, переармованих поздовжньою арматурою, та переоцінку тріщиностійкості елементів із малим відсотком поздовжньої арматури, обчисленої за діючими нормами. Методику визначення міцності похилих перерізів залізобетонних елементів, що згинаються, як таку, котра забезпечує кращу збіжність експериментальних і теоретичних результатів, ніж нормативна, можливо застосовувати при проектуванні нових та перевірних розрахунках існуючих залізобетонних конструкцій.

Основні положення дисертаційної роботи були впроваджені в практику проектування у державному проектному інституті містобудування „МІСЬКБУДПРОЕКТ” м. Полтава, подані пропозиції до нормативного документу України ДБН „Бетонні та залізобетонні конструкції”.

Особистий внесок здобувача

Особистий внесок автора дисертаційної роботи полягає у наступному:

- виконано цілеспрямовані експерименти із досліджень напружено-деформованого стану похилих перерізів при утворенні, розкритті та втраті несучої здатності залізобетонних елементів, що згинаються;

- удосконалено методику розрахунку тріщиностійкості похилих перерізів;

- уточнено методику визначення ширини розкриття похилих тріщин;

- запропоновано методику оцінювання напружено-деформованого стану стиснутого бетону над критичною похилою тріщиною на основі повної діаграми у_b - е_b;

- запропоновано формулу для визначення нагельного зусилля в поздовжній арматурі в місці перетину похилою тріщиною Q_s;

- створено методику визначення міцності похилих перерізів залізобетонних елементів, що згинаються.

Апробація роботи

Основні положення дисертаційної роботи доповідалися на 42-й, 43-й наукових конференціях професорів, викладачів, наукових працівників, аспірантів та студентів Полтавського інженерно-будівельного інституту (м. Полтава, 1992, 1993 рр.), 58-й науковій конференції професорів, викладачів, наукових працівників, аспірантів та студентів Полтавського НТУ імені Юрія Кондратюка (м. Полтава, 2006 р.), 5-й науково-технічній конференції „Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі та споруди” (м. Рівне, 2006 р.), 7-й науково-технічній конференції „Сталезалізобетонні конструкції: дослідження, проектування, будівництво, експлуатація” (м. Кривий Ріг, 2006 р.).

Публікації. Основні результати дисертаційної роботи викладені в 5 статтях у фахових виданнях.

Структура дисертації. Робота складається із вступу, п'яти розділів, висновків, списку літературних джерел, додатка. Вона викладена на 203 сторінках, з яких 123 сторінки основного тексту, та містить 96 рисунків (29 стор.), 14 таблиць (14 стор.), 237 найменувань літературних джерел (25 стор.) та 1 додатка (3 стор.).

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі до дисертації обґрунтована актуальність теми, наведена загальна характеристика роботи і сформульована мета і задачі дослідження.

Перший розділ присвячений огляду вітчизняних і зарубіжних праць із питань досліджень міцності та тріщиностійкості похилого перерізу залізобетонних елементів, що згинаються, визначено задачі досліджень.

Результати основних теоретичних і експериментальних досліджень напружено-деформованого стану похилих перерізів, розроблення методів розрахунку висвітлено у роботах учених М.С. Боришанського, В.М. Байкова, П.Ф. Вахненка, О.О. Гвоздєва, Л.О. Дорошкевича, В.С. Дорофєєва, О.С. Залєсова, В.Ф. Залого, О.С. Зорича, Ю.Л. Ізотова, О.Ф. Ільїна, М.І. Карпенка, Є.В. Клименка, Ф.Є. Клименка, Ю.А. Климова, В.І. Колчунова, А.П. Кудзіса, О.О. Кудрявцева, Л.Л. Кукші, А.Ф. Лолейта, Р.Л. Маіляна, В.В. Макаричева, Г.М. Мамедова, А.Ф. Мілованова, В.П. Митрофанова, В.Б. Ніколаєва, В.В. Новака, В.А. Остмаа, У.В. Поваляєва, П.І. Пукеліса, О.А. Рочняка, К.Т. Саканова, В.А. Світласкаускаса, Е.Є. Сигалова, Г.Н. Ставрова, С.А. Тихомирова, М.С. Торяника, М.Н. Убайдуллаєва, Б.У. Усенбаєва, И.М. Чупака, Б.А. Шостака, Г. Кані, Ф. Леонгардта, П. Рігана, Х. Тейлора й інших.

Проведено аналіз міцності та тріщиностійкості похилих перерізів залізобетонних елементів, що згинаються. Визначено мету і задачі досліджень.

Другий розділ присвячено експериментальному дослідженню похилих перерізів залізобетонних балок. Наводяться характеристики дослідних зразків, технологія їх виготовлення та методика випробування, розміщення вимірювальних приладів, а також результати визначення фізико-механічних властивостей матеріалів. Викладена методика проведення експериментів.

Було запроектовано та виготовлено 4 серії експериментальних зразків прямокутного поперечного перерізу 12х22 см, довжиною 2 м з поздовжнім армуванням 2Ш16 АІІІ, R_s=363 МПа, зі змінним поперечним армуванням. Поперечне армування в балках БК-3 складалося з 3 Вр I, БК - 4 - 4 Вр I, БК - 5 - 5 Вр I. У балках БК - 0 поперечне армування було відсутнє. Крок поперечної арматури для всіх балок становив 10 см. Стрижні поздовжньої та поперечної арматури були з'єднані в каркаси контактним зварюванням на промисловому обладнанні. Матеріал дослідних зразків - важкий бетон, який виготовлявся на Полтавському ДБК, на основі портландцементу марки 400, відповідає нормативним вимогам, =24,86 МПа, =1,7 МПа.

Для проведення експериментальних досліджень вибрано балки прямокутного перерізу. Завантаження двома зосередженими силами дає можливість прогнозувати місце виникнення похилих тріщин, раціонально використовувати вимірювальне обладнання.

Для вимірювання деформацій використовувалися тензорезистори типу ПКБ, що наклеювалися у відповідних місцях, вимірювання рівня сигналу яких реєструвалося за допомогою автоматичного вимірювача деформацій типу АИД - 4 з ціною поділки 1^.10^-5. Вибране випробувальне обладнання на базі УИМ-50 дозволило випробувати залізобетонні елементи за короткочасного навантаження при відповідних прольотах зрізу. Конструкція зразків дозволила проаналізувати напружено-деформований стан, процес тріщиноутворення та несучу здатність залежно від різного відсотка поперечного армування залізобетонної балки й прольоту зрізу. Балки випробовувалися до руйнування за короткочасного навантаження, яке прикладалося симетрично, проліт зрізу с (у нормах позначається як проекція найбільш небезпечного похилого перерізу на поздовжню вісь елемента) у балках змінювався від 2h₀ до 3,5h₀.

У третьому розділі розглядається аналіз результатів експериментів, питання появи, розкриття похилих тріщин, а також міцності похилих перерізів залізобетонних елементів, що згинаються.

Як показав аналіз експериментальних даних, несуча здатність балок без поперечної арматури серії БК-0 зменшувалася при збільшенні с/h₀. Руйнування балок цього типу при с/h₀ =2,5 відбулося внаслідок зрізу бетону в напрямку розвитку похилої тріщини та виходу її у стиснуту зону елемента. Руйнування відбувалося миттєво і мало крихкий характер. Зі збільшенням прольоту зрізу до с/h₀ = 3,5 магістральна похила тріщина утворювалася тільки на одному з прольотів зрізу.

В елементах серії БК-3, які мають хоч і незначний відсоток поперечного армування при прольоті зрізу с/h₀ = 2,5, похилі тріщини, що утворились в обох прольотах зрізу, розвивалися майже симетрично, а руйнування відбулося по одному прольоті зрізу.

Елементи серії БК-4 були запроектовані з урахуванням повного використання міцності бетону, поздовжньої та поперечної арматури, і руйнування їх відбулося одночасно по нормальних та похилих перерізах при прольоті зрізу с/h₀ = 2,5.

Балки серії БК -5 при прольоті зрізу с/h₀ = 2,5 руйнувалися по нормальних перерізах, хоча похила тріщина мала місце, та в міру зростання навантаження вона збільшувалася в бік прикладення зосередженої сили, заходячи в стиснену зону бетону навіть більше, ніж у балках серії БК-4, тобто при збільшенні відсотка поперечного армування роль поперечної сили, яку сприймає бетон, зменшується, доки повністю не включиться в роботу поперечна арматура. Напруження в бетоні, який сприймає поперечну силу, при цьому не досягають своїх критичних значень.

Таблиця 1. Загальні експериментальні дані за зразками

Шифр балки	Поперечна сила, при якій виникла похила тріщина Qеcrc, кН	Руйнівна поперечна сила Quе, кН	Рівень виникнення похилої тріщини Qеcrc/ Quе	Довжина проекції похилої тріщини сое, см	Відносний проліт зрізу с/hо
БК-0-1	24,0	38,8	0,62	32,0	2,5
БК-0-2	25,0	41,5	0,60	23,0	2,5
БК-0-3	23,0	34,0	0,68	40,0	3,5
БК-3-1	26,0	50,0	0,52	36,0	2,5
БК-3-2	25,0	44,0	0,57	34,0	2,5
БК-4-1	25,0	62,0	0,40	34,0	2,5
БК-4-2	25,0	65,0	0,38	32,0	2,5
БК-4-3	26,0	62,5	0,42	33,0	2,5
БК-5-1	25,0	65,0	0,38	32,0	2,5
БК-5-2	28,0	75,0	0,37	35,0	2,0

При зменшенні прольоту зрізу до с/h₀ = 2 елемент серії БК-5-1 зруйнувався внаслідок втрати міцності по нормальному перерізу, але при навантаженні, на 13 % більшому, ніж попередній. Балки серії БК-5 руйнувалися внаслідок текучості поздовжньої арматури.

Несуча здатність балок без поперечної арматури при збільшенні с/h_o зменшувалася.

Слід відмітити, що в усіх експериментальних зразках не відбувалося руйнування по розтягнутій зоні в результаті порушення анкерування поздовжньої арматури, тому що було забезпечене надійне анкерування поздовжньої арматури на опорі при виготовленні арматурного каркаса.

Установлено, що виникнення похилих тріщин не залежить від кроку поперечної арматури, її діаметра. Відношення дещо збільшується зі збільшенням прольоту зрізу, руйнування при ? 0.6 є більш крихким та небезпечним з точки зору несподіваності.

Установлено, що відсоток поперечного армування, наявність чи відсутність поперечної арматури не впливає на виникнення першої похилої тріщини.

При слабкому поперечному армуванні балок серії БК-3 поперечна арматура практично не впливала на несучу здатність випробуваних зразків. Характер руйнування по похилому перерізу залежав від наявності поперечного, поздовжнього армування та величини відносного прольоту зрізу при постійному поперечному перерізі елемента і міцності бетону.

Поперечна сила, яку сприймає поздовжня арматура Q_s (нагельний ефект) становить до 20% поперечної сили, що діє в перерізі елементів, які мають поперечне армування. Для елементів без поперечної арматури Q_s становить (0,07-0,1)Q^e, що в 2-3 рази менше ніж для елементів армованих хомутами. Нагельний ефект має місце при рівні завантаження близького до руйнівного (0,8-1)Q^e. При меншому рівні навантаження нагельний ефект майже відсутній і не впливає на утворення похилих тріщин.

У стані граничної рівноваги має місце нерівномірний розподіл деформацій стиснутого бетону по довжині елемента. Над вершиною похилої тріщини відмічена зона концентрації деформацій стиснутого бетону, де відносні деформації знаходяться на рівні е_b = 250^.10^-5, що більше за відносні деформації при випробуванні бетонних призм на 20-25%.

Четвертий розділ присвячений розробленню методики розрахунку міцності похилих перерізів залізобетонних елементів, що згинаються.

Розрахункову схему залізобетонного елемента, що працює на сприйняття поперечних сил, розглядаємо як дисково-в'язеву систему, запропоновану О.С. Залєсовим та Ю.А. Климовим.

Розрахунок міцності похилих перерізів повинен вестися на основі очікуваної форми руйнування. Для елементів прямокутної форми поперечного перерізу без попереднього напруження армованих поперечними стрижнями характерною формою руйнування є роздроблення бетону стиснутої зони над похилою тріщиною.

Граничну поперечну силу, яку сприймає система, знаходимо з рівняння рівноваги блока В₁ на вертикальну вісь)

Q_u=Q_b1 + Q_sw + Q_s + F_crc sin. (1)

У граничному стані над вершиною критичної похилої тріщини має місце зона концентрації деформацій, між напруженнями і деформаціями немає однозначної відповідності. Для розрахунку може бути прийнята повна діаграма стану бетону, яка пов'язує напруження та відповідні їм деформації виходячи із розрахункової моделі. Вигляд діаграми у_b - е_b мало впливає на кінцевий результат розрахунку в цілому. Головними є характерні точки по напруженнях та деформаціях, через які проходить діаграма.

При прийнятій розрахунковій схемі розглядати доцільно елементи з поперечним армуванням, оскільки для елементів без поперечного армування або таких, де поперечне зусилля, що сприймають хомути, менше за поперечну силу утворення похилої тріщини, основною формою руйнування є зріз бетону над вершиною похилої тріщини. Руйнування проходить крихко, експериментальні дані мають значний розкид. Розрахунок міцності таких елементів слід вести за утворенням похилих тріщин, оскільки небезпека їх руйнування після утворення похилих тріщин досить висока.

Ураховуючи особливості напружено-деформованого стану елементів без попереднього напруження поздовжньої розтягнутої арматури, на основі аналізу експериментальних даних можна зробити висновок, що за основною формою руйнування - роздроблення бетону над вершиною похилої тріщини - бетон над похилою тріщиною зазнає деформацій стиску рівних або навіть більших, ніж граничні деформації при випробуванні бетонних призм, мають місце значні пластичні деформації бетону. Враховуючи малу висоту стиснутої зони над вершиною критичної похилої тріщини, можливо припустити, що по всій висоті вказаної зони бетон має деформації на рівні е_b,max і напруження бетону R_b,min відповідно до повної діаграми у_b - е_b.

У цій зоні бетон знаходиться в складному напруженому стані, для оцінювання якого можливо використати критерій міцності бетону при плоскому напруженому стані, що встановлює функціональну залежність між нормальними та дотичними напруженнями, запропонований О.О. Гвоздєвим.

Таким чином, розрахунок міцності залізобетонного елемента зводиться до визначення зусиль у дисково-в'язевій системі на стадії руйнування.

Висоту стиснутого бетону над вершиною похилої тріщини пропонуємо знаходити за формулою

.(2 )

Підставимо значення R_b та R_bt, для важкого бетону у формулу (2) та зведемо результати розрахунків у таблицю 2.

Таблиця 2. Залежність висоти стиснутої зони над вершиною критичної похилої тріщини від класу бетону

Клас бетону	Rbt, МПа	Rb, МПа	х
В10	0,57	6,0	0,19.h0
В20	0,90	11,5	0,16.h0
В30	1,20	17,0	0,14.h0
В40	1,40	22,0	0,13.h0
В50	1,55	27,5	0,11.h0

Як видно з таблиці 2, для найбільш розповсюджених класів бетону висота стиснутої зони над вершиною критичної похилої тріщини становить 0,13-0,18h₀.

У якості критерію вичерпання несучої здатності прийнято виключення з роботи бетону стиснутої зони над похилою тріщиною при досягненні нормальними напруженнями в бетоні залишкових значень міцності R_b,min з урахуванням повної діаграми напруження - деформації.

При відносних прольотах зрізу c/h₀ > 2 бетон у крайніх фібрах стиснутої зони над похилою тріщиною досягає критичних деформацій і видозмінюється в умовах низхідної гілки повної діаграми у_b - е_b. У міру наближення нестійкого деформування бетону настає граничний стан, що призводить до руйнування елемента по похилому перерізу.

Напруження в стиснутому бетоні визначаються фізико-механічними властивостями стиснутої зони. Крайові фібри бетону, найбільш віддалені від вершини похилої тріщини, в стадії, котра передує руйнуванню, будуть деформуватися за законом низхідної гілки діаграми у_b - е_b, а в граничному стані будуть відповідати крайовим критичним деформаціям бетону е_bu. Зусилля в стиснутій зоні бетону досягатиме критичного значення.

На основі розробленої універсальної методики С.І. Рогового, що дозволяє більш точно оцінювати напружено-деформований стан залізобетонних елементів з урахуванням повної діаграми роботи бетону, можливо визначити зусилля та напруження в стиснутій зоні бетону над похилою тріщиною.

Знайшовши напруження в бетоні стиснутої зони у_b1, і спираючись на критерій міцності бетону, нескладно обчислити поперечну силу, що сприймається бетоном Q_b1.

Провівши аналіз експериментальних даних різних авторів, запишемо вираз поперечної сили, що сприймається бетоном над похилою тріщиною за аналогією з пропозиціями О.С. Залєсова та Ю.А. Климова

Q_b1 = 1,5^.R_bt^.bхщ₁, (3)

де щ₁ - коефіцієнт, що враховує збільшення площі епюри дотичних напружень при зменшенні відносного прольоту зрізу згідно з таблицею 3, оскільки при зменшенні відносного прольоту зрізу c/h₀ < 2 епюра нормальних напружень над вершиною похилої тріщини змінює свою форму, збільшується вплив місцевих вертикальних стискуючих напружень у_у. При c/h₀ < 1 вплив місцевих вертикальних стискуючих напружень у_у стає більш відчутним, що відображає коефіцієнт щ₁.

Таблиця 3. Значення коефіцієнта щ₁, що враховує збільшення площі епюри дотичних напружень при зменшенні відносного прольоту зрізу c/h₀

c/h0 < 1	1 ? c/h0 ? 1,3	1,3 < c/h0 ? 1,5	1,5 < c/h0 ? 2	2 < c/h0 ?3	c/h0 >3
щ1 = 4,5	щ1 = 1,5	щ1 = 0,8	щ1 = 0,6	щ1 = 0,5	щ 1 = 0,4

Зусилля N_b1 також можна обчислити, задаючись відповідними граничними умовами. У спрощеному вигляді зусилля в бетоні над похилою тріщиною становить

N_b1 = щ₂^.x^.b^.R_b,(4)

де -- коефіцієнт повноти фактичної епюри напружень у бетоні при заміні її умовною прямокутною епюрою;

х - висота стиснутої зони бетону над похилою тріщиною;

b - ширина перерізу балки.

Отже, отримані внутрішні зусилля в стиснутому бетоні над похилою тріщиною, що обчислені за формулою (3), слід використовувати як складову рівняння (1) при визначенні граничної поперечної сили Q_u.

Проекцію небезпечної похилої тріщини на поздовжню вісь елемента зі стрижневою арматурою періодичного профілю, навантаженого зосередженими силами з прольотом зрізу с, пропонуємо обчислювати з урахуванням поперечного армування за емпіричними формулами

при величину с₀ слід визначати за формулою

.(5)

При величину с₀ слід визначати за формулою

, (6)

де - відсоток поперечного армування.

При цьому в будь-якому випадку с₀ не повинно бути більше с та 2h₀.

Силу зчеплення по берегах похилої тріщини слід знаходити за пропозицією В.П. Митрофанова за формулою

, (7)

де m=2;

- довжина небезпечної похилої тріщини.

Поперечна сила, яку сприймають хомути при неперервному поперечному армуванні, становить

, (8)

де - зусилля в хомутах на одиницю довжини елемента; (9)

де s_w - крок хомутів.

Поперечну силу в поздовжній арматурі (нагельне зусилля) пропонуємо визначати розглядаючи поздовжню арматуру як балку, що лежить на пружно-пластичній основі бетону, з урахуванням можливості відриву арматурного пояса за формулою

,(10)

де n_s - кількість поздовжніх стрижнів;

d_s - діаметр поздовжнього стрижня.

Порівняльний аналіз показав, що в середньому нормативна методика переоцінює несучу здатність похилих перерізів залізобетонних елементів, що згинаються. На основі статистичної обробки даних середнє арифметичне відношення Q_u^теор./Q_u^е при кількості спостережень 113 становить 1,03; стандарт 0,264; коефіцієнт варіації 0,256; для деяких груп зразків середнє арифметичне відношення Q_u^теор./Q_u^е становить до 1,40-1,45.

Значну кращу збіжність теоретичних та експериментальних даних дає запропонована методика. За всіма зразками середнє арифметичне відхилення становить 0,96; стандарт 0,113; коефіцієнт варіації 0,118.

Наведено алгоритм та приклад розрахунку міцності похилих перерізів залізобетонних елементів, що згинаються.

П'ятий розділ присвячено розробленню методики розрахунку утворення похилих тріщин та ширини їх розкриття.

Прийняті наступні передумови до розрахунку за виникненням похилих тріщин.

1. Поява похилих тріщин у залізобетонних елементах, що згинаються, обумовлена дією головних розтягуючих напружень у_mt.

2. Кут нахилу похилої тріщини на нейтральній осі балки близький до 45⁰.

3. Головні розтягуючі напруження на нейтральній осі у_mt=ф_ху, у передбаченні пружної роботи балки.

4. Дотичні напруження ф_ху в загальному випадку можуть бути визначені на основі формули Д.І.Журавського.

5. Місцеві стискуючі напруження концентруються в місцях прикладення зосередженого навантаження та опорних реакцій, а у місці виникнення похилої тріщини, на стадії утворення похилих тріщин, у_y не відчутні і ними можна знехтувати.

6. Розрахунок по виникненню похилих тріщин проводиться за умови що головні розтягуючі напруження не перевищують відповідних граничних значень.

7. Найбільш імовірне місце виникнення похилої тріщини - центр тяжіння приведеного перерізу по висоті (для елементів прямокутного поперечного перерізу), а по довжині - становить (при завантаженні зосередженими силами).

Оскільки поперечне армування впливає на утворення похилих тріщин не більше ніж на 2 %, його можна не враховувати. А такий фактор, як поздовжня арматура, впливає на утворення похилої тріщини до 50 %. Причому, враховуючи те, що обрив стрижнів поздовжньої арматури в прольоті зрізу призводить до зменшення , то відсоток поздовжнього армування необхідно враховувати за кількістю стрижнів, доведених до опори.

Узявши за основу формулу О.С. Залєсова

,(11)

вплив поздовжнього армування на зусилля виникнення похилих тріщин запропоновано враховувати через відсоток поздовжнього армування, який визначається за формулою

,(12)

де А_s ? площа поперечного перерізу поздовжньої арматури.

Розрахункову силу тріщиноутворення пропонуємо визначати за формулою

.(13)

Ураховуючи те, що зі збільшенням класу бетону інтенсивність зростання тріщиностійкості зменшується, при розрахунках слід обмежити розрахунковий опір розтягу бетону для другої групи граничних станів класом бетону В55 із R_bt,ser = 2,4 МПа.

Ця формула добре відображає величину поперечної сили, при якій утворюється похила тріщина для прямокутних елементів без попереднього напруження з важкого бетону, при відсотку поздовжнього армування .

Як показує практика, обмежувати величину сили тріщиноутворення доцільно лише в елементах з . В елементах із меншим відсотком поздовжнього армування похила тріщина може утворюватися при . Тому для елементів з треба нижню границю утворення похилої тріщини встановити на рівні .

У визначенні ширини розкриття похилих тріщин за нормами проектування враховано вплив основних факторів на ширину розкриття похилих тріщин: напруження в хомутах у похилій тріщині , їх діаметр , робоча висота перерізу , деформативність бетону Е_b, коефіцієнт поперечного армування. Основний фактор, який впливає на ширину розкриття похилих тріщин, - це напруження в хомутах .

Напруження в хомутах знаходять із рівняння рівнодії зовнішніх поперечних сил, що діють на блок елемента, відділеного перерізом, який проходить через похилу тріщину.

Поперечна сила, що сприймається бетоном Q_b, приймається рівною значенню Q_b1. Q_b1 - поперечна сила виникнення похилої тріщини. Розрахункову величину напружень у хомутах знаходять за формулою

,

де Q_b1 -можна визначати для важкого бетону на основі формули (13).

У загальному вигляді

.(14)

На основі врахування в Q_b1 впливу поздовжньої арматури буде більш точно визначено , від якого і залежить ширина розкриття похилих тріщин.

Розрахунок визначення несучої здатності елементів без поперечного армування слід проводити на основі формули (14). Ця формула враховує, окрім загальноприйнятних чинників, вплив поздовжнього армування, що більш реально оцінює несучу здатність елементів без поперечного армування.

У загальному випадкові формулу для визначення міцності похилих перерізів залізобетонних елементів, що згинаються, без поперечного армування запишемо у вигляді

,(15)

де права частина умови приймається не більше ніж 2,5 R_bt bh_o і не менше ніж ц_b3 (1+ ц_n) R_bt bh_o, а у разі м_s < 1.5% не менше ніж 0,45(1+ ц_n) R_bt bh_o.

Розроблена методика визначення зусилля утворення похилої тріщини забезпечує кращу збіжність теоретичних значень з експериментальними порівняно з нормативною. При визначенні розрахункового зусилля виникнення похилої тріщини за розробленою та нормативною методикою на основі експериментальних даних різних авторів отримано такі статистичні характеристики:

- за нормами середнє арифметичне відношення розрахункового до експериментального становить 0,83; стандарт 0,226; коефіцієнт варіації 0,271;

- за розробленою методикою середнє арифметичне відношення розрахункового до експериментального становить 1,00; стандарт 0,148; коефіцієнт варіації 0,150.

Запропонований метод визначення ширини розкриття похилих тріщин на основі діючих методів розрахунку дозволяє точніше визначати напруження в поперечних стрижнях при врахуванні впливу поздовжнього армування на виникнення похилих тріщин, оскільки напруження в поперечних стрижнях є основним фактором, який впливає на ширину розкриття похилих тріщин.

Наведено алгоритм та приклад розрахунку зусилля виникнення і ширини розкриття похилих тріщин у залізобетонних елементах, що згинаються.

ВИСНОВКИ

переріз залізобетонний армування тріщина

За результатами виконаної роботи зроблено наступні висновки та рекомендації:

1. Проведені експериментальні дослідження свідчать, що при завантаженні залізобетонних балок зосередженими силами визначаючим параметром при виникненні похилої тріщини та руйнуванні є відстань від опори до місця прикладання навантаження (проліт зрізу). Довжина прольоту зрізу суттєво впливає на характер тріщиноутворення, форму руйнування та несучу здатність експериментальних зразків. При довжині прольоту зрізу 2,5h₀ несуча здатність залізобетонних балок без поперечної арматури в 1,6-1,8 рази більша від нормативної; зі збільшенням прольоту зрізу до 3,5h₀ - розбіжність із нормами зростає до 2 разів. При цьому руйнування балки відбувається майже відразу після виникнення похилої тріщини внаслідок зрізу бетону стиснутої зони по напрямку розвитку похилої тріщини. Поперечна сила, яку сприймає поздовжня арматура Q_s (нагельний ефект), становить до 20% поперечної сили, що діє в перерізі елементів, які мають поперечне армування (серії БК-4, БК-5). Для елементів без поперечної арматури (серії БК-0) Q_s становить (0,07-0,1)Q^e, що в 2-3 рази менше ніж для елементів, армованих хомутами. Нагельний ефект має місце при рівні завантаження, близького до руйнівного (0,8-1,0)Q^e. При меншому рівні навантаження нагельний ефект майже відсутній і не може впливати на утворення похилих тріщин.

2. Запропоновано вдосконалений інженерний метод розрахунку міцності похилих перерізів на дію поперечної сили на основі розгляду дійсного напружено-деформованого стану похилого перерізу, який є більш точним порівняно із нормами. Запропонована методика враховує реальний напружено-деформований стан стиснутого бетону над вершиною похилої тріщини, нагельне зусилля в поздовжній арматурі, сили зчеплення по берегах похилої тріщини, зусилля в поперечній арматурі.

3. Запропоновано формулу для визначення нагельного зусилля в поздовжній арматурі Q_s.

4. На основі експериментальних даних, у тому числі різних авторів, отримана формула визначення поперечної сили, що відповідає виникненню похилих тріщин із урахуванням поздовжнього армування, яка є подальшим удосконаленням існуючого методу розрахунку. Запропоновано при визначенні ширини розкриття похилих тріщин у місці перетину з поперечною арматурою уточнений метод визначення напруження в поперечній арматурі, що в свою чергу приведе до уточнення розрахунку ширини розкриття похилих тріщин.

5. Запропоновані методи розрахунку дозволяють точніше врахувати напружено-деформований стан похилого перерізу й дозволяють визначати міцність та тріщиностійкість, забезпечивши цим більшу надійність роботи конструкцій; рекомендуються для використання в інженерних розрахунках.

6. Достовірність теоретичних розробок, що пропонуються, підтверджуються порівняльним аналізом експериментальних результатів автора та інших дослідників із результатами розрахунків. Коефіцієнти варіації відношення теоретичного до експериментального значень при визначенні міцності похилих перерізів, зусилля утворення похилих тріщин становлять відповідно 0,118 і 0,150.

ЛІТЕРАТУРА

1. Дмитренко А.О. Експериментальне дослідження залізобетонних балок по похилому перерізу // Збірник наукових праць (галузеве машинобудування, будівництво). - Полтава: ПДТУ, 2000. - Вип. 6, ч. 2. - С. 87-90.

2. Дмитренко А.О. Визначення зусилля утворення похилих тріщин у залізобетонних елементах, що згинаються // Збірник наукових праць (галузеве машинобудування, будівництво). - Полтава: Полт.НТУ, 2006. - Вип. 17. - С. 102-104.

3. Дмитренко А.О. Визначення нагельного зусилля в поздовжній арматурі в місці перетину похилою тріщиною // Збірник наукових праць „Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі та споруди”.- Рівне: НУВГП, 2006. - Вип. 14. - С. 170-174.

4. Дмитренко А.О. Визначення зусилля в стиснутому бетоні над вершиною похилої тріщини з урахуванням низхідної гілки діаграми у_b-е_b // Міжвідомчий науково-технічний збірник наукових праць (будівництво) / Державний науково-дослідний інститут будівельних конструкцій Мінбуду України. - Вип. 65. - К.: НДІБК, 2006. - С. 36-41.

5. Дмитренко А.О. Особливості роботи поздовжньої арматури в місці перетину з похилою тріщиною на основі експериментальних даних випробувань залізобетонних балок // Міжвідомчий науково-технічний збірник наукових праць (будівництво) / Державний науково-дослідний інститут будівельних конструкцій Мінбуду України. - Вип. 65. - К.: НДІБК, 2006. - С. 42-47.

Размещено на Allbest.ru

...