Оценка прочности железобетона при кручении
Проблема оценки прочности стержневых железобетонных элементов при кручении. Сопротивление бетона растяжению на концах трещин. Механические коэффициенты продольного и поперечного армирования. Предел прочности при кручении половины бетонного сечения балки.
Рубрика | Строительство и архитектура |
Вид | статья |
Язык | русский |
Дата добавления | 30.07.2017 |
Размер файла | 214,5 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Оценка прочности железобетона при кручении
С.Х. Байрамуков, С.С. Дюрменова
Северо-Кавказская государственная гуманитарно-технологическая академия, Черкесск
Аннотация
Предложен новый подход к решению проблемы оценки прочности железобетона при кручении. Основная идея этой теории заключается в том, что кручение вызывает изгиб элемента в плоскости, проходящей под углом 45о. Решена проблема оценки прочности стержневых железобетонных элементов при кручении. Разработка методики расчета прочности железобетонных элементов при кручении позволило перейти к решению проблемы прочности при изгибе с кручением.
Ключевые слова: исследование, арматура, прочность, трещина, изгиб, кручение, железобетон, элемент, отверстие, балка.
В обозримом будущем железобетон станет основным материалом в практике современного строительства[1]. Предложен новый подход к решению проблемы оценки прочности железобетона при кручении в исследовании [2], проведенным Касаевым Д.Х. Основная идея этой теории заключается в том, что кручение вызывает изгиб элемента в плоскости, проходящей под углом 45о.
Такая концепция основывается на том, что при кручении плиты (рис. 1.1, а) имеет место именно такое напряженное состояние.
Рис. 1.1 Кручение плиты и балки
При уменьшении одного из габаритных размеров по отношению к другому как в плитных конструкциях, так в балочных элементах (рис. 1.1, б), практически сохраняет характер внешнего воздействия.
Такой подход позволяет принять расчетную схему, представленную на рис. 1.2, которая в дальнейшем реализована на основе следующих предпосылок и допущений:
- сечения плоские до силового воздействия, остаются плоскими и после;
- продольная и поперечная арматура работают на растяжение, а бетон на сжатие;
- трещины пересекают элемент по плоскости перпендикулярной широким граням и под углом 45о относительно горизонтальных граней;
- напряжение в бетоне в момент разрушения достигает призменной прочности;
- ширина раскрытия наклонной трещины, пересекающей широкую грань, одинакова по всей длине;
- крутящие пары прикладываются на расстоянии не менее 1,5 h друг от друга;
- сопротивление бетона растяжению на концах трещин не учитывается;
- арматура претерпевает те же деформации, что и окружающий бетон;
- усилия в арматуре представляются в виде равномерно распределенных силовых интенсивностей продольного и поперечного армирования, определяемые соответственно по формулам:
; (1)
. (2)
Крутящий момент, согласно принятой расчетной схемы (рис. 1.2), относительно оси, проходящей через точку приложения равнодействующей сжимающих напряжений в бетоне Nb, определяется из выражения
cos 45o T = Nsbo , (3)
где - плечо внутренней пары сил, определяемое как произведение рабочей ширины сечения и эмпирического параметра ;
, (4)
где силовая интенсивность армирования.
В результате обработки опытных данных формула (3) с учетом эмпирической компоненты приобрела вид:
, (5)
где ; ; ; .
- механические коэффициенты продольного и поперечного армирования соответственно, характеризующие отношения ресурсов прочности сечения арматуры на растяжение к ресурсам прочности бетона на сжатие в продольном и поперечном направлении, комплексно учитывающие влияние прочности стали, бетона, степени продольного и поперечного армирования на несущую способность элемента при кручении. По своей сути механический коэффициент армирования - это относительная высота сжатой зоны бетона .
Рис. 1.2. Расчетная схема, принятая при выводе формулы прочности при кручении [2] а - силовые интенсивности армирования; б - приложение нормальных сил; в - схема излома в аксонометрии; 1 - направление трещин; 2 - нормаль к направлению трещины; 3, 4 - стержни продольной и поперечной арматуры; 5 - сжатая зона бетона; 6, 7 - усилия в продольной и поперечной арматуре
Дальнейшие исследования позволили распространить формулу (5) для оценки прочности элементов с асимметричным продольным армированием, с армированием многосрезными хомутами, а также были определены оптимальные границы армирования при кручении. Формула (5) приобрела универсальность после того, как она оказалась приемлемой для оценки крутильной прочности элементов коробчатого, кольцевого, круглого, таврового и двутаврового сечений. Таким образом, была комплексно решена проблема оценки прочности стержневых железобетонных элементов при кручении [3,4].
Разработка методики расчета прочности железобетонных элементов при кручении позволило перейти к решению проблемы прочности при изгибе с кручением. Для этого был использован известный подход - построение графиков или поверхностей взаимодействия [5]. Исследования показали, что при изгибе с кручением предельная область может быть ограничена ломаной линией с расчетными условиями:
* при интенсивном изгибе с кручением, когда Tм ? 0,5T принимается
MT=M; (6)
* при изгибе с кручением, когда MT / M ? 0,5 и Tм / T ? 0,5,
MT / M =1,5- Tм / M (7)
Или
Tм / T=1,5- MT / M; (8)
* при интенсивном кручении с изгибом, когда MT <0,5 M,
Tм = T. (9)
Для случая загружения элемента кручением, изгибом и поперечной силой к формулам (1…9) для учета влияния поперечной силы добавляются условия:
* при QT /Q <,
Tм = T; (10)
* при QT /Q ? 0,5 и Tм / T ? 0,5,
QT /Q+ Tм / T =1,5; (11)
* при Tм / T <0,5,
QM /Q. (12)
Использование большого количества опытных результатов позволило осуществить проверку надежности расчетных формул [ 6].
Поведение железобетонных балок с отверстиями, подверженных кручению и изгибу с кручением были впервые исследованы в работах [7,8,9,10].
В работе [8,10] предлагается модель расчета прочности железобетонных балок с круглыми отверстиями при изгибе с кручением.
Крутящие моменты в этих исследованиях для форм разрушения 1, 2, 3 предлагается определять соответственно по формулам
; (13)
; (14)
, (15)
где ; ;
; ; ;
; ;; = h / b; = T / M;
aw и wy - площадь сечения и предел текучести поперечной арматуры; b1 и h1 - ширина и высота длинных хомутов; - общая длина вертикального участка коротких хомутов в расчетном сечении на одной стороне балки; b и h - ширина и высота балки; M01, M02, M03 - моменты при положительном, боковом и отрицательном изгибе; Mp1, Mp2, Mp3 - моменты от усилия предварительного напряжения в верхней, боковой и нижней части балки.
При этом авторы исследований [8,10] считают, что наиболее эффективной и точной ту модель расчета, в которой величина Т имеет наименьшее значение, т. е. по наименьшему значению Т устанавливается фактическая форма разрушения и предельный крутящий момент.
Отмечено, что с увеличением размеров отверстия несущая способность балок снижается. В связи с этим рекомендуется усилить зону отверстия дополнительными диагональными стержнями.
Исследования [7,9] посвящены изучению балок с короткими и длинными отверстиями при кручении и изгибе с кручением.
Предел прочности при кручении половины бетонного (неармированного) сечения балки в зоне отверстия определяется по формулам
, где b1 100 мм
, где 50 мм < b1 < 100 мм
прочность эелезобетонный балка кручение
b1 и h1 - ширина и высота сечения половины балки в зоне отверстия.
Принимая параболические кривые взаимодействия при кручении с изгибом и кручении со сдвигом, авторы этих работ, предлагают описывать поверхность взаимодействия зависимостями (рис. 1.3)
(16)
(17)
(18)
где TUb и TUO - предельные крутящие моменты при изгибе с кручением и чистом кручении соответственно; М и МUO - изгибающий момент и предельный момент сечения половины балки; V и Vcb - сила сдвига и сопротивление срезу при совместном действии сдвига и изгиба; b и d - ширина и рабочая высота сечения половины балки; - коэффициент упрочнения при растяжении.
Как отмечают авторы, приложенному крутящему моменту противостоит кручение в двух половинках балки и сформированное парой поперечных сил сдвига.
, (19)
где r - расстояние от центра кручения до центра половины балки; Vtr - поперечный сдвиг.
Анализ, проведенный авторами исследований [7,9], показал, что эффект сплошной балки может быть выражен следующим образом
, (20)
где ; ; ; ;
w - ширина балок с учетом отверстия; Т8 - Предельный крутящий момент для сплошной части сечения балки.
Рис. 1.3 Поверхность взаимодействия для кручения, сдвига и момента
Скорректированный предел прочности для балок с коротким отверстием определялся по формуле:
(21)
При этом авторы считают, что представленное уравнение удовлетворительно оценивает прочность балок с длинными отверстиями, а для балок с короткими отверстиями уравнение было модифицировано на основе полученных экспериментальных данных.
Литература
1. Байрамуков С.Х., Дюрменова С.С. Трещиностойкость железобетонных элементов со сквозными отверстиями при кручении и при кручении с изгибом // Инженерный вестник Дона, 2013, №1 URL: ivdon.ru/magazine/archive/ n1y 2013/1592 .
2. Касаев Д.Х. Прочность элементов железобетонных конструкций при кручении и изгибе с кручением. Ростов н/Д.: Изд-во Рост. ун-та, 2001.-176 с.
3. Касаев Д.Х. Прочность элементов прямоугольного сечения при кручении // Бетон и железобетон. -1987. - №12 - С.23.
4. Касаев Д.Х., Дудов М.Б., Дюрменова С. С. Прочность железобетонных балок с круглыми отверстиями при кручении //Сборник материалов III международной научно-практической конференции «Проблемы строительства, инженерного обеспечения и экологии городов». - Пенза, 2001. - С. 9-11.
5. Дюрменова С.С. Прочность железобетонных балок со сквозными отверстиями при интенсивном кручении: Дис...канд. техн. наук.- Ростов-на-Дону, 2006.-125 с.
6. Косенко Е.Е., Косенко В.В., Черпаков А.В. К вопросу о влиянии геометрических размеров на прочностные характеристики арматурных сталей // Инженерный вестник Дона, 2010, №4. URL: ivdon.ru/magazine/archive/n4y2010/318.
7. Daniel H. R., McMullen A. E. Torsion in Concrete Beams containing an Opening//Journal of The Structural Division. 1977. Vol. 105. N. ST3. PP. 607- 617.
8. Mansur M. A., Paramasivam P. Reinforced Concrete Beams with small Opening in Bending and Torsion //ACI Journal. 1984. - N. 81. - PP. 180-185.
9. McMullen E., Daniel H. R. Torsional Strength of Longitudinally Reinforced Beams Containing an Opening //ACI Journal. 1975. - N. 72-29. PP. 415-420.
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.
References
1. Bayramukov S. H., Durmanova S.S. Inћenernyj vestnik Dona (Rus), 2013, №1 URL: ivdon.ru/magazine/archive/n1y2013/1592.
2. Kasaev D. H. Prochnost' jelementov zhelezobetonnyh konstrukcij pri kruchenii i izgibe s krucheniem [Elements of Strength of concrete structures in torsion and bending with torsion]. Rostov n/D: Izd-vo Growth. University press, 2001. 176 p.
3. Kasaev D. H. elements of Strength of rectangular section in torsion. Concrete and reinforced concrete. 1987. No. 12 p. 23.
4. Kasaev D.H., Dudov M.B., Djurmenova S. S. Sbornik materialov III mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii «Problemy stroitel'stva, inzhenernogo obespechenija i jekologii gorodov». Penza, 2001. рр. 9-11.
5. Durmanova. S.S. Prochnost' zhelezobetonnyh balok so skvoznymi otverstijami pri intensivnom kruchenii: Dis...kand. tehn. nauk. [Strength of reinforced concrete beams with through holes during intensive torsion: Dis...Cand. tech. Sciences.] Rostov-on-don, 2006,125 p.
6. Kosenko E. E., Kosenko V.V., Cherpakov A.V. Inћenernyj vestnik Dona (Rus), 2010, №4. URL: ivdon.ru/magazine/archive/n4y2010/318.
7. Daniel G. R., A. E. McMullen Torsion in concrete beams containing openings journal of the structural division. 1977. Vol. 105. N. St3. pp. 607 - 617.
8. Mansour M. P. * Brush concrete beams with small opening in bending and Torsion. ACI journal. 1984. N. 81. PP. 180-185.
9. McMullen E., Daniel, H. R. resistance to twisting of longitudinally reinforced beams containing an opening. ACI journal. 1975. N. 72-29. pp. 415-420.
10. Wafa F., Hasnat Abul Ali A. Akhtaruzzaman 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
...Подобные документы
Применение железобетона в строительстве. Теории расчета железобетонных конструкций. Физико-механические свойства бетона, арматурных сталей. Примеры определения прочности простых элементов с использованием допустимых значений нормативов согласно СНиП.
учебное пособие [4,1 M], добавлен 03.09.2013Определение характеристики однородности прочности бетона по всем партиям, статистический расчет коэффициента его вариации и состава. Назначение среднего уровня прочности бетона и других статистических характеристик на следующий контролируемый период.
курсовая работа [6,1 M], добавлен 29.05.2014Компоновка конструктивной схемы для монолитного и сборного перекрытий многоэтажного здания. Расчет пространственной несущей системы, состоящей из стержневых и плоских железобетонных элементов. Характеристики прочности бетона, арматуры, ригелей, колонн.
дипломная работа [2,8 M], добавлен 20.12.2017Изучение порядка определения требуемой прочности и расчет состава тяжелого бетона. Построение графика зависимости коэффициента прочности бетона и расхода цемента. Исследование структуры бетонной смеси и её подвижности, температурных трансформаций бетона.
курсовая работа [1,9 M], добавлен 28.07.2013Определение и краткая история высокопрочного бетона. Общие положения технологии производства бетонов: значение качества цемента, заполнителей, наполнителей и воды. Основные характеристики структурных элементов бетона. Способы повышения его прочности.
реферат [25,9 K], добавлен 07.12.2013Статический расчет двускатной балки покрытия. Выбор бетона и арматуры. Определение кривизны и прогиба балки. Расчет прочности по нормальным и наклонным сечениям, по образованию наклонных трещин. Выбор крана для монтажа. Оптимальный угол наклона стрелы.
курсовая работа [117,6 K], добавлен 26.11.2012Элементы железобетонных конструкций многоэтажного здания. Расчет ребристой предварительно напряжённой плиты перекрытия; трехпролетного неразрезного ригеля; центрально нагруженной колонны; образования трещин. Характеристики прочности бетона и арматуры.
курсовая работа [1,0 M], добавлен 21.06.2009Спецификация элементов перемычек, элементов заполнения проёмов, сборных и железобетонных конструкций. Расчет площади сечения рабочей арматуры поперечного ребра. Расчет прочности продольных рёбер по наклонным сечениям на действия поперечной силы.
дипломная работа [1,1 M], добавлен 23.06.2015Расчетная схема, нагрузки и усилия, подбор сечения балки настила, проверка ее прочности и жесткости. Расчет геометрических характеристик поперечного сечения. Расчет планок колонны. Проверка общей и местной устойчивости главной балки, ее крепления к стене.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 20.12.2013Вычисление расчетных пролетов плиты. Характеристики прочности бетона и арматуры. Сбор нагрузки на балку. Расчет прочности балки по сечениям, наклонным к продольной оси. Определение расчетных пролетов. Компоновка конструктивной схемы сборного перекрытия.
курсовая работа [3,0 M], добавлен 21.03.2015Основные расчетные сечения плиты. Расчет изгибающих моментов и поперечных сил. Поперечное и продольное армирование. Расчет обрыва продольной арматуры. Проверка прочности ребра главной балки на отрыв. Статический расчет и проверка прочности столба.
курсовая работа [360,7 K], добавлен 30.01.2015Анализ расчетной схемы сварной стержневой конструкции и определение типа поперечного сечения её балки. Расчет прочности балки и её высоты по условиям жесткости и максимального прогиба. Геометрические размеры сечения и прочность стержневой конструкции.
курсовая работа [602,2 K], добавлен 12.09.2015Предварительное назначение размеров железобетонных элементов подземного здания. Расчётные и нормативные характеристики арматуры и бетона. Расчет и подбор прочности рабочей арматуры полки ребристой плиты перекрытия, колонны, столбчатого фундамента.
курсовая работа [123,8 K], добавлен 01.02.2011Проектирование основных железобетонных конструкций и стены подвала многоэтажного здания: расчет прочности ребристой плиты, построение эпюры продольного армирования, определение изгибающих моментов в колонны, проверка несущей способности объекта.
дипломная работа [565,7 K], добавлен 17.09.2011Подготовка к проведению экспериментов по расчету показателя прочности бетона с помощью склерометра. Статистическая обработка результатов. Оборудование и инструменты, их подготовка к работе. Значения переменных и контролируемых постоянных факторов.
курсовая работа [863,0 K], добавлен 07.08.2013Железобетон, как композиционный строительный материал. Принципы проектирования железобетонных конструкций. Методы контроля прочности бетона сооружений. Специфика обследования состояния железобетонных конструкций в условиях агрессивного воздействия воды.
курсовая работа [2,2 M], добавлен 22.01.2012Подбор продольной напрягаемой арматуры для двускатной двутавровой балки. Граничная относительная высота сжатой зоны бетона. Определение геометрических характеристик приведенного сечения. Расчет потерь предварительного напряжения и прочности сечений.
курсовая работа [862,5 K], добавлен 06.07.2009Сбор нагрузок на 1 кв.м плиты перекрытия. Определение расчетного пролета и конструктивных размеров плиты. Характеристика прочности бетона и арматуры. Расчёт прочности плиты по сечению нормальному к продольной оси элемента. Конструктивные размеры плиты.
контрольная работа [886,1 K], добавлен 25.09.2016Расчет железобетонных колонн поперечника одноэтажной рамы промышленного здания по несущей способности. Проверка прочности колонны при съёме с опалубки, транспортировании и монтаже. Определение эксцентриситетов приложения продольных сил и сечения арматуры.
курсовая работа [589,9 K], добавлен 27.10.2010Осуществление контроля качества производства бетонных и железобетонных изделий отделом технического контроля лаборатории. Определение коэффициента вариации прочности бетона. Состав тяжёлого бетона. Уменьшение расхода цемента до определённых значений.
реферат [81,3 K], добавлен 18.12.2010