Порівняльний аналіз роботи сталебетонних та залізобетонних згинаних елементів в зоні дії поперечних сил

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Порівняльний аналіз роботи сталебетонних та залізобетонних згинаних елементів в зоні дії поперечних сил

Львівський державний аграрний університет

В роботі розглядається вплив зовнішньої стрічкової арматури на міцність похилих перерізів сталебетонних балок. А також проводиться порівняння їх роботи з залізобетонними аналогами.

Практично всі залізобетоні конструкції, що використовуються в будівництві, в тій чи іншій мірі працюють на сприйняття поперечних сил. Для більшості з них розрахунок на поперечну силу є визначальним при призначенні розмірів перерізу та поперечного армування, яке в окремих випадках складає 40...50 % від загальних витрат арматури на елемент. Теорія та методи розрахунку міцності й деформативності залізобетонних згинаних елементів з традиційним стержневим армуванням при дії поперечних сил на сьогоднішній день є вивчена значно краще, ніж сталебетоннних із зовнішньою стрічковою арматурою. Тому, оцінюючи їх міцність, використовують такі ж методи, що і для залізобетонних конструкцій. Для вивчення впливу поздовжньої стрічкової арматури на міцність похилих перерізів та перевірки відповідності нормативних джерел експерементальним даним були проведені випробування сталебетонних балок та їх залізобетонних аналогів.

Як дослідні моделі використано сталебетонні балки на високоміцному важкому бетоні без попереднього напруження з різним поздовжнім та поперечним армуванням. Проліт балок - 2000 мм, довжина - 2300 мм, ширина - 120 мм, висота - 240 мм. Балки об'єднувались в серії залежно від кількості поперечної арматури. Завантаження проводолось двома зосередженими силами, симетрично прикладеними по верхній грані балки на відстанях 1.5h, 2.5h і 3.5h від опор. Навантаження прикладались ступенями величиною Р0.1Р_max з витримкою 30 хв. після кожного ступеня. З них: 15 хв. до зняття даних з приладів, та 15 хв. під час зняття. Зусилля навантаження створювалось за допомогою гідравлічного домкрата потужністю 500 кН і розподільчої траверси. Величина зусилля контролювалась зразковим манометром, протарованим разом з насосною станцією, домкратом та двома циліндричними динамометрами, встановленими на кожній опорі балки. При цьому один динамометр виконував роль рухомої опори, а другий - нерухомої опори. Для забезпечення нерухомості він встановлювався в спеціальну підставку, що мала паз по формі зовнішньої поверхні динамометра.

Перша серія складалась з шести балок - трьох сталебетонних та їх трьох залізобетонних аналогів. Як поздовжня робоча арматура розтягненої зони була використана стрічкова рифлена сталь марки 09Г2С (_т=418 МПа, А_s=7.2 см²) перерізом 1206 мм - в сталебетонних балках і стержнева 2 22 класу АІІІ (_т=395 МПа, А_s=7.6 см²) в залізобетонних балках. Поперечна арматура 6 мм класу АІ встановлювалась з кроком 90 мм однаково, як для сталебетонних так і залізобетонних балок і складала _sw=0.53. Робоча висота балок з стрічковою арматурою h₀=237 мм, а зі стержневою арматурою h₀=210мм.

Балки другої серії також складались з трьох сталебетонних балок та трьох залізобетонних аналогів. Відрізнялися вони від балок першої серії лише кроком поперечної арматури, який складав - 120 мм, тобто _sw=0.39. Площа перерізу робочої поздовжньої арматури А_s в балках першої та другої серії складала _s=2,56 - в сталебетонних і _s=3,0 - в залізобетонних.

Утворення нормальних тріщин у всіх залізобетонних балках відбулось при нищому навантаженні, ніж у аналогічних сталебетонних. Це пояснюється тим, що листова арматура періодичного профілю завдяки рівномірному зчепленню з бетоном та розміщенню на зовнішній поверхні перерізу запобігає локалізації деформацій у найнапруженішій розтягнутій бетонній частині перерізу і, тим самим сприяє підвищенню тріщиностійкості на 30 % і більше, порівняно з залізобетонними балками. Тому величину зусилля тріщиноутворення винахідники листової арматури пропонують оцінювати за рекомендаціями діючих норм збільшуючи отримані результати шляхом введення додаткового коєфіцієнту 1.3 [1]. Найбільша ширина розкриття моментних тріщин спостерігалася не на найбільш напруженій грані перерізу, тобто не біля поверхні листової арматури, а на 35...40 мм і вище. Очевидно що зчеплення листової арматури з бетоном стримує розкритя тріщин безпосередньо біля поверхні їх контакту. Важлво також відзначити, що перші нормальні тріщини у сталебетонних балках зявлялися в місцях розташування поперечних стержнів, а у залізобетоних балках такої закономірності не виявлено. Із збільшенням плеча зрізу моментні тріщини утворювались при меншому навантаженні. Тобто визначальним фактором утворення нормальних тріщин є згинальний момент.

Поява похилих тріщин в балках зі стрічковою арматурою та їх аналогах зі стержневою відбулась при однаковому навантаженні, без особливих відмінностей в характері утворення та розвитку. Варто також відзначити, що при розкритті похилих тріщин до 0.3 мм деформації в бетоні, поздовжній і поперечній арматурах сталебетонних балок та аналогічних залізобетонних - суттєво не відрізнялися.

Великий вплив на ширину розкриття похилих тріщин мав відносний проліт зрізу с=а/h. З ростом плеча прикладання зосередженої сили ширина розкриття похилих тріщин збільшувалась. Особливо це добре видно при замірі ширини розкриття тріщин в місці її максимального розкриття. Залежність величини плеча зрізу до ширини розкриття в сталебетонних балках така ж, як і в залізобетонних аналогах.

Крок поперечних стержнів також суттєво впливає на ширину розкриття похилих тріщин. Велична впливу поперечного армування сильно залежить від рівня заміру ширини похилої тріщини по висоті балки. Так, крок поперечних стержнів не впливає на ширину розкриття похилих тріщин на рівні поздовжньої арматури, а на рівнях геометричної осі балки та максимального розкриття по довжині тріщини його вплив значний. Збільшення кроку поперечних стержнів в дослідних балках з 90 до 120 мм привело до збільшення ширини розкриття похилих тріщин на 10...30 %.

Кривизну дослідних зразків на ділянках без тріщин та з ними в розтягнутій зоні визначали за СНиП 2.03.01.-84*. Проведені розрахунки за нормативними джерелами дозволяють відзначити, що отримані теоретично результати значень прогинів в балках до 0.4F_max добре співпадають з дослідними. Прогини залізобетонних балок-аналогів, порівняпно зі сталебетонними, більші у 1.3...1.5 раз (див.табл.1). При навантаженні 0.7F_max, що ближче до експлуатаційних навантажень, відхилення між теоретиними та дослідними результатами прогинів не перевищують 16 %. Варто відзначити, що прогини залізобетонних балок на всіх етапах завантаженя аж до руйнування залишалися дещо більшими ніж в сталебетонних аналогах. Вцілому дослідні та нормативні значення прогинів всіх балок мають добре сходження. Отже нормативні джерела для залізобетонних конструкцій можна також використовувати для розрахунку прогинів сталебетонних конструкцій при дії поперечних сил.

Аналізуючи проведені дослідження можна чітко представити характер і форми руйнування сталебетонних балок за похилими перерізами залежно від кількості поперечної арматури та плеча прикладання зосередженої сили. В роботі розрізняють фізичне руйнування і несучу здатність. За величину фізичного руйнування прийнято найбільше навантаження прикладене до балки, при якому спостерігається руйнування бетону стиснутої зони. Оскільки в реальних конструкціях граничний стан за міцністю похилих перерізів оцінюється також і за напруженнями в поперечній арматурі, то несуча здатність дорівнює навантаженню, при якому деформації хоча б в одному з хомутів перевищували межу текучості (_sw= 28310^-5 з врахуванням пластичних деформацій), або коли ширина розкриття критичної похилої тріщини перевищує 0.59 мм, що відповідає деформаціям текучості поперечної арматури. Навантаження, які викликають текучість хомутів, граничну ширину розкриття похилих тріщин та фізичне руйнування всіх балок наведені в табл. 2.

сталебетонна балка міцність згинаний

Таблиця 1

Експерементальні та теоретичні значення прогинів сталебетонних та залізобетонних балок