К вопросу о деформативнности балок из тяжелого бетона, армированных стеклопластиковой и комбинированной арматурой

Размещено на http://www.allbest.ru/

К вопросу о деформативнности балок из тяжелого бетона, армированных стеклопластиковой и комбинированной арматурой

П.П. Польской, Мерват Хишмах, Михуб Ахмад

Исследование деформативных свойств балок, имеющих стеклопластиковую и комбинированную арматуру, выполнялось на тех же опытных образцах, что и при изучении прочностных свойств элементов с композитной арматурой. При этом, как и ранее, в качестве эталонных были приняты железобетонные балки с обычной стальной арматурой. Конструкция опытных образцов, их армирование и характеристика используемых материалов приведены в работе [1], размещенной на страницах настоящего электронного журнала «Инженерный вестник Дона», №4 за 2012 год.

Балки загружались двумя сосредоточенными силами, приложенными в третях расчетного пролета балок и равного 160 см. Испытания проводилось ступенчато-возрастающей нагрузкой интенсивностью 4; 8 и 16 кН. Первый уровень нагрузки прикладывался трижды, затем следовал этап с нагрузкой 8 и далее по 16 кН до уровня ориентировочно равного 0,8 от предполагаемой величины разрушающей нагрузки- Nult.

Указанные нагрузки прикладывались через образцовый динамометр с максимальным усилием 500 кН непосредственно на траверсу. Таким образом, величина силы на приопорных участках составляла около 1/20 и 1/10 от величины Nult соответственно до и после образования трещин. Интенсивность нагрузки контролировалось по индикатору часового типа с ценой деления 0,01, установленного на динамометре, что соответствовало согласно тарировочной таблицы усилию, практически равному, 1кН.

Замеры деформаций выполнялись так же с помощью индикаторов часового типа с аналогичной ценой деления, которые были расположены по осям опор, осям приложения усилий и в середине пролета. Отсчеты с приборов снимались на каждом этапе дважды-сразу после загружения и после выдержки под нагрузкой, которая составляла 7-10 минут. Все отсчеты и характер поведения балок заносились в журнал испытаний.

Поведение опытных балок под нагрузкой изменялось в зависимости от следующих факторов: наличия или отсутствия нормальных и наклонных трещин; вида арматуры- стальной, стеклопластиковой или комбинированной; уровня загружения и напряжений в арматуре.

Первые нормальные трещины во всех балках появились при достаточно близкой нагрузке N=7,8ч8,5кН. Второй этап их появления соответствовал нагрузке 9,5ч11 кН. В дальнейшем, до появления наклонных трещин, шло развитие только нормальных трещин, появившихся на первых этапах загружения. Момент появления трещин фиксировался визуально с использованием ацетоновой пробы и далее уточнялся по показаниям динамометра и других приборов, установленных на образцах. Подробнее об этом - в статье [1].

Деформативность балок резко увеличивалась сразу после появления нормальных или наклонных трещин; при напряжениях в стальной арматуре близких или равных пределу текучести, а в композитной- составляющих 500 и более МПа.

Приращение деформаций в балках с комбинированным армированием находилось в зависимости от процента замещения стальной арматуры на стеклопластиковую. Это связанно с тем, что количество трещин, а следовательно и их шаг в зоне чистого изгиба напрямую зависят от модуля упругости стеклопластиковой арматуры, которой в наших опытах составлял 5,5.104 вместо 2.105 МПа для стальной арматуры, т.е. в 3,63 раза ниже.

В балках, где стальная арматура полностью замещена на композитную, шаг нормальных трещин был вдвое меньше по сравнению железобетонными балками и составлял около 50мм. При этом ширина их раскрытия была близка к раскрытию трещин эталонных балок, шаг трещин у которых был в двое больше.

Первоначальная обработка результатов экспериментов, выполненная по журналам испытания всех балок, представлена в табл. 1. В указанной таблице на этапе, предшествующем разрушающему, приведены опытные значения прогибов балок после выдержки их под нагрузкой и их средине значение по каждой серии опытных образцов.

Из табл. 1 видно, что с увеличением процента композитного армирования, опытные значения прогибов балок резко увеличиваются и при 100% замене стальной арматуры на стеклопластиковую в 2,5 раза превышают прогибы эталонных образцов. Данный факт свидетельствует о том, что значение предельной прочности балок со стеклопластиковой арматурой , которая всего на 20% ниже эталонных, согласно [1], не является определяющей при общей оценке несущей способности балок с исследуемой композитной арматурой.

Таблица 1 Деформации опытных образцов, на этапе предшествующем разрушению

Примечание: Деформации балки указаны с учетом выдержки под нагрузкой.

Для получения более достоверных данных о влиянии стеклопластиковой арматуры на прогибы опытных образцов, дополнительно был выполнен анализ по деформативности балок при различных уровнях нагрузки, составляющих 0,3;0,6 и 0,8 от разрушающей. Для этой цели были построены графики зависимости приращения прогибов балок на каждом этапе загружения. Анализ этих графиков представлен в табл.2

Из указанной таблицы видно, что образцы, у которых в сечении расположено более 30% площади композитной арматуры, имеют во всем диапазоне нагрузок значительно большие по сравнению с эталонными балками прогибы.

Наиболее показательны деформации опытных образцов, где стальная арматура полностью заменена на композитную. Для этих конструкций при эксплуатационных уровнях нагрузки прогибы увеличиваются в 2,7- 2,8 раза. Из этого следует, что при предельно допустимом относительном прогибе обычных балок, равном 1/200 от величины пролета, несущая способность опытных балок с использованием стеклопластиковой арматуры снижается с

30,5 кН.м до 13,5 кН.м, или в 2,26 раза. Таким образом, на несущую способность балок гораздо большее влияние оказывает не прочность композитной арматуры, а ее модуль упругости. Следовательно это существенным образом отразится и на надежности существующего расчетного аппарата.

На основе прямого сопоставления деформаций опытных образцов при различном сочетании стального и композитного армирования, можно сделать следующие выводы:

1. Опытные образцы, изготовленные из бетона класса В30, при замене стальной арматуры на композитную показали во всем диапазоне нагрузок повышенную деформативность,

Таблица 2 Изменение прогибов опытных балок армированных стальной, стеклопластиковой и комбинированной арматурой при различных уровнях нагрузки

Примечание: Символами Ni обозначена нагрузка, передаваемая непосредственно на траверсу через образцовый динамометр на разных этапах загружения; Nult-аналогичная нагрузка в момент разрушения балок.

2. Опытные прогибы балок с комбинированным армированием находятся в прямой зависимости от процента композитной арматуры. Стеклопластиковая арматура сечением менее 1/3 от общей ее площади, практически не влияет на увеличение прогибов. При изменении процента композитного армирования в большую сторону прогибы балок резко возрастают.

3. Доминирующим фактором при определении несущей способности нормальных сечений балок является не прочность стеклопластиковой арматуры а более низкий, чем у стали модуль упругости.

4. Пункты 1, 2 и 3 настоящих выводов свидетельствуют о том что в случае проектирования обычных конструкций с использованием стеклопластиковой арматуры, существующий расчетный аппарат подлежит серьёзной корректировке.

деформативный балка стеклопластиковый бетон

Литература

1. П.П. Польской, Мерват Хишмах, Михуб Ахмад. «О влиянии стеклопластиковой арматуры на прочность нормальных сечений изгибаемых элементов из тяжелого бетона». : Эл. Журнал «Инженерный вестник Дона» №4, Ростов-на-Дону, 2012.

Размещено на Allbest.ru