Трещиностойкость железобетонных элементов со сквозными отверстиями при кручении и при кручении с изгибом

Размещено на http://www.allbest.ru/

Трещиностойкость железобетонных элементов со сквозными отверстиями при кручении и при кручении с изгибом

С.Х. Байрамуков

C.С. Дюрменова

Железобетон, как наиболее экономичный материал для строительных конструкций в обозримом будущем будет основным в практике строительства. Как известно стоимость железобетона определяется стоимостью входящих в его состав материалов, экономия которых является важнейшим источником снижения материалоемкости и стоимости конструкций [1].

На практике одним из путей экономии материалов является разработка и совершенствование методов расчета [3,4,5], отвечающих наилучшим образом действительной работе конструкции. Отсутствие подобных методов при составлении нормативных документов приводит к принятию расчетных положений, заведомо предполагающих необоснованный запас прочности.

Способность железобетонных конструкций выполнять требуемые функции в течение длительного времени при эксплуатации в разных условиях определяет сочетание свойств арматуры и бетона [7].

Основным способом оценки состояния материала являются различные разрушающие методы - многочисленные испытания на растяжение, сжатие, изгиб и т.д. [2]. Разнообразие случаев разрушения и параметров, от которых зависят эти случаи, при их исследовании предполагает необходимость привлечения как можно большого экспериментально-теоретического материала [9,10] . железобетонный трещиностойкость изгиб кручение

Актуальность данной статьи обусловлена тем, что она посвящена совершенствованию методики расчета прочности железобетонных стержней сквозного сечения, подверженных кручению и изгибу с кручением.

При исследовании трещиностойкости железобетонных элементов в основу была положена методика, разработанная Касаевым Д.Х. [6]. По этой методике теоретическое значение момента образования трещин опытной балки сплошного сечения определяется по формуле

, (1)

- упругопластический момент сопротивления образца сплошного сечения; b и h - ширина и высота поперечного сечения балки соответственно.

Как будет вести себя балка со сквозным отверстием под действием крутящего момента неизвестно. Поэтому были осуществлены расчеты по трем вариантам:

первый вариант - расчет как сплошной балки по формуле (1);

второй вариант - расчет отдельно для каждой ветви балки с последующим удвоением результата, т.е. по формуле

, (2)

где момент сопротивления сечения ветви балки равен

;

b и d - высота и ширина сечения ветви соответственно;

третий вариант - расчет по формуле (1) за вычетом размеров отверстия, т. е. по формуле

, (3)

где

;

;

;

;

;

;

d - высота сечения ветви; b - ширина сечения балки.

За основу принимается тот вариант расчета, в котором получена наилучшая сходимость результатов опыта и расчета.

Сопоставление результатов расчета по вариантам 1, 2 и 3 с опытными значениями приведено в табл. 1.

Таблица №1 Результаты сопоставления теоретических и опытных моментов образования трещин балок серии I при кручении

Анализ результатов сравнения (табл. 1) показывает, что средние значения отношения опытных и теоретических моментов образования трещин опытных образцов серии I составляют для:

варианта 1 - 0,775 при максимальных и минимальных значениях 0,96 и 0,63 соответственно.

варианта 2 - 1,415 при максимальных и минимальных значениях 1,62 и 1,2 соответственно;

варианта 3 - 1,28 при максимальных и минимальных значениях 1,44 и 1,09 соответственно;

Проведенный анализ показал, что наилучшая сходимость результатов расчета с опытными данными наблюдается в третьем варианте. За основу принимаем 3-й вариант расчета элементов со сквозными отверстиями по трещиностойкости при кручении.

При исследовании сквозных балок на действие изгиба с кручением в основу была положена методика, разработанная в исследовании [6].

Предложенный в работе [6] расчетный аппарат по трещинообразованию железобетона был разработан на основе метода графиков взаимодействия.

В результате проведенных исследований для элементов прямоугольного сечения была определена предельная область по образованию трещин при совместном действии изгиба и кручения. Графически эта предельная область представлена на рис. 1.

Эта область описывается следующими выражениями:

1) при < 0,65 и < 2/3, ; (4)

2) при 0,65 0,95, (5)

3) при > 0,95 и , , (6)

где

- соотношение между действующими моментами и моментами инерции сечения относительно главных осей.

Рис. 1. График взаимодействия изгибающих и крутящих моментов при трещинообразовании

С целью определения взаимного влияния кручения и изгиба на процесс трещинообразования нами исследование проводилось в следующем порядке:

- по формуле (3) для всех образцов были определены теоретические значения моментов образования трещин Т_сrс;

- по формулам (126-139) СНиП [8] аналогичные расчеты были осуществлены в предположении действия только изгибающего момента М_сrс;

- были вычислены отношения опытных и теоретических моментов трещинообразования рассмотренных образцов.

Результаты проведенных расчетов приведены в табл. 2. Как видно из этой таблицы при интенсивном кручении с изгибом, как и ожидалось, изгиб не оказывает влияние и трещиностойкость и может определяться из расчета только на кручение, то есть по формуле (4).

Таблица № 2 Сравнение опытных и теоретических моментов трещинообразования

Проведенными исследованиями установлено, что:

1. Момент образования трещин при кручении балок со сквозными отверстиями опережал в среднем 8…10 % момент образования трещин балки-эталона сплошного сечения.

2. Плотность образования трещин в балках со сквозными отверстиями при изгибе с кручением существенно выше, чем при кручении.

3. Длина отверстия практически не оказывает заметного влияния на трещиностойкость элементов со сквозными отверстиями.

4. Предложенная формула (3) с достаточной для практических расчетов точностью позволяет оценить трещиностойкость железобетонных элементов со сквозными отверстиями при кручении.

5. Оценку трещиностойсти железобетонных элементов со сквозными отверстиями при интенсивном кручении с изгибом можно произвести формулой (4), которая ранее была получена для элементов прямоугольного сечения.

Литература

1. Байрамуков С.Х., Касаев Д.Х. Оценка прочности железобетонных элементов, подвергнутых нескольким силовым факторам при статическом и динамическом воздействии [Текст]: Монография / С.Х. Байрамуков, Д.Х. Касаев. - Черкесск ГОУ ВПО КЧГТА, 2010 - 214 с.

2. Бескопыльный А.Н., Веремеенко А.А. Методика экспериментального исследования предварительных напряжений в образце при вдавливании индентора [Электронный ресурс] // "Инженерный вестник Дона", 2012.- №4. - Режим доступа: http://www.ivdon.ru/magazine/archive/n4p2y2012/1367 (доступ свободный) - Загл. с экрана. - Яз.рус.

3. Касаев Д.Х. Прочность элементов прямоугольного сечения при кручении [Текст] //Журнал// Бетон и железобетон. -1987. - №12 - С.23.

4. Касаев Д.Х. Прочность элементов таврового сечения при кручении [Текст] // Совершенствование методов расчета железобетона. Ростов-на-Дону: РИСИ, 1988. -С.116-120.

5. Касаев Д.Х., Дудов М.Б., Дюрменова С.С. Прочность железобетонных балок с круглыми отверстиями при кручении [Текст] //Сборник материалов III международной научно-практической конференции "Проблемы строительства, инженерного обеспечения и экологии городов". - Пенза, 2001. - С. 9-11.

6. Касаев Д.Х. Прочность элементов железобетонных конструкций при кручении и изгибе с кручением [Текст]: Монография / Д.Х. Касаев. - Ростов н/Д.: Изд-во Рост. ун-та, 2001.-176с.

7. Косенко Е.Е., Косенко В.В., Черпаков А.В. К вопросу о влиянии геометрических размеров на прочностные характеристики арматурных сталей [Электронный ресурc] // "Инженерный вестник Дона", 2012.- №4. - Режим доступа: http://www.ivdon.ru/magazine/archive/n4y2010/318 (доступ свободный) - Загл. с экрана. - Яз.рус.

8. СНиП 2.03.01-84^* Бетонные и железобетонные конструкции. Нормы проектирования. - М.: Стройиздат. 1989. - 79 с.

9. Mansur M. A., Paramasivam P. Reinforced Concrete Beams with small Opening in Bending and Torsion //ACI Journal. 1984. - N. 81. - PP. 180-185.

10. Wafa F., Hasnat Abul, Akhtaruzzaman Ali A. Prestressed Concrete Beams with Opening under and Bending //Journal of Structural Engineering - ASCE. 1989. - N. 11. Vol. 115. PP. 2727-2739.

Размещено на Allbest.ru