Експериментальні дослідження несучої здатності похилих перерізів згинальних залізобетонних елементів при дії малоциклових знакозмінних навантажень

Размещено на http://www.allbest.ru/

Експериментальні дослідження несучої здатності похилих перерізів згинальних залізобетонних елементів при дії малоциклових знакозмінних навантажень

Корнійчук О.І.

В статті наведено результати експериментальних досліджень несучої здатності похилих перерізів згинальних залізобетонних балок при дії малоциклових знакозмінних навантажень в залежності від зміни прольоту «зрізу», характеру поперечного армування та рівня завантаження.

Згинальні залізобетонні елементи, що під час експлуатації працюють на дію малоциклових знакозмінних навантажень (вітрові, технологічні, сейсмічні, температурно-усадочні та інші), в будівельній практиці зустрічаються досить часто. Надійність таких конструкцій на весь період експлуатації буде забезпечена при правильній оцінці під час проектування їх реальної роботи. Одним із визначальних факторів роботи конструкцій є їх несуча здатність. Робота залізобетонних конструкцій, що працюють в умовах малоциклових знакозмінних навантажень, вивчена недостатньо. Що стосується дослідження зміни напружено-деформованого стану і несучої здатності похилих перерізів в згинальних залізобетонних конструкціях при вказаних вище навантаженнях, то ці питання практично не досліджувались.

При проведенні експериментальних досліджень серед інших вирішувались наступні задачі:

експериментально встановити вплив малоциклового знакозмінного навантаження на несучу здатність похилих перерізів;

дослідити вплив зміни прольоту «зрізу» та характеру поперечного армування на несучу здатність залізобетонних елементів, що згинаються, за дії малоциклового знакозмінного навантаження.

Об'єктом досліджень були залізобетонні балки з номінальними розмірами 100 x 160 x 2000 мм. Балки армовані двома плоскими зварними каркасами, об'єднаними в просторовий. Повздовжня арматура прийнята діаметром 14 мм класу А500С (армування - подвійне, симетричне), яка була надійно заанкерена по краям балок від проковзування в тілі бетону.

Поперечну арматуру зразків різних серій прийнято, виходячи із умови рівності коефіцієнту поперечного армування ():

для балок першої серії - хомути (поперечні стержні) діаметром 4 мм класу Вр-I з кроком sw = 75 мм;

для балок другої серії - хомути діаметром 3 мм класу Вр-I, sw = 45 мм;

для балок третьої серії - відгини (похилі стержні) діаметром 5 мм класу Вр-I з кроком sw, inc = 140 мм.

Бетон балок прийнятий класу В30 (для першої серії) та В25 (для другої та третьої серій).

Дослідні зразки випробовувались статичним навантаженням, двома зосередженими силами Р, як однопролітні вільно оперті балки з розрахунковим прольотом 1800 мм. В процесі експериментальних досліджень залізобетонних балок змінювався проліт «зрізу» і був прийнятий 300 мм (?2h); 450 мм (?3h) і 600 мм (?4h).

Запроектована дослідна установка дозволяла створювати знакозмінні навантаження в балках без зміни їх положення. Детальний опис установки, схеми розміщення приладів та режимів завантаження наведені в [1].

Балки завантажувались до десяти циклів знакозмінним навантаженням (в напівциклах “а” і “б”, з першим напівциклом розтягу нижньої зони) двох видів:

до рівня з=0,65 від руйнівного навантаження з довантаженням на п'ятому циклі до рівня з=0,8,

до рівня з=0,5 з довантаженням на п'ятому циклі до рівня з=0,8.

Рівень завантаження визначався випробуванням балок статичним однозначним навантаженням до руйнування.

На напівциклі «10-б» балки без розвантаження доводились до руйнування. Всього було випробувано в першій серії 10, в другій - 6 і в третій - 5 балок.

Аналізуючи результати експериментальних досліджень, можна зробити висновок, що напружено-деформований стан і несуча здатність однотипних балок за похилими перерізами при різних прольотах «зрізу» суттєво відмінні.

Несуча здатність і характер руйнування балок першої серії (з кроком поперечних стержнів sw = 75 мм), випробуваних однозначним статичним навантаженням, в залежності від прийнятого прольоту «зрізу», наведені в табл. 1.

В дослідних балках, які випробовувались під дією знакозмінних малоциклових навантажень, в залежності від прольоту «зрізу» несуча здатність і характер руйнування також були різними. При цьому несуча здатність балок при однаковому прольоті «зрізу» була меншою в балках, які випробовувались під дією знакозмінних малоциклових навантажень порівняно з несучою здатністю балок, випробуваних однозначним статичним навантаженням.

Несуча здатність і характер руйнування балок першої серії (крок поперечних стержнів sw = 75 мм) з прольотом «зрізу» 300 мм (?2h), 450 мм (?3h) і 600 мм (?4h), випробуваних під дією знакозмінних малоциклових навантажень, наведені в табл. 2,3,4.

Таблиця 1

Несуча здатність балок першої серії при однозначних статичних випробуваннях

Таблиця 2

Несуча здатність балок першої серії при малоциклових знакозмінних навантаженнях з прольотом «зрізу» с=300 мм

Таблиця 3

Несуча здатність балок першої серії при малоциклових знакозмінних навантаженнях з прольотом «зрізу» с=450 мм

Таблиця 4

Несуча здатність балок першої серії при малоциклових знакозмінних навантаженнях з прольотом «зрізу» с=600 мм

залізобетонна балка армування згинальний

Необхідно відмітити, що при збільшенні прольоту «зрізу» за дії малоциклових знакозмінних навантажень, змінюється напружено-деформований стан згинальних залізобетонних елементів, їх робота, несуча здатність та характер руйнування (табл. 5).

Таблиця 5

Зміна несучої здатності балок першої серії при малоциклових знакозмінних навантаженнях в залежності від прольоту «зрізу»

Крім того, можна зробити висновок, що напружено-деформований стан і несуча здатність похилих перерізів балок при різних видах поперечного армування суттєво відмінні.

Величини руйнівного зусилля Р (несуча здатність) балок 1-ої, 2-ої та 3-ої серій з прольотом «зрізу» 450 мм (?3h), випробуваних однозначним статичним навантаженням, в залежності від прийнятого характеру поперечного армування наведені в табл. 6. Також необхідно відмітити, що руйнування всіх балок при цих статичних навантаженнях відбулось за похилими перерізами.

Таблиця 6

Несуча здатність балок трьох серій при однозначних статичних випробуваннях з прольотом «зрізу» с=450 мм

З табл. 6 можна зробити висновок, що застосування в якості поперечної арматури відгинів значно підвищує (на 15-18%) несучу здатність похилих перерізів згинальних залізобетонних елементів за дії одноразового статичного навантаження.

Величини руйнівного зусилля Р для дослідних балок з прольотом «зрізу» 450 мм (?3h), які випробовувались під дією знакозмінних малоциклових навантажень рівня з=0,65 від руйнівного навантаження з довантаженням на п`ятому циклі до рівня з=0,8, в залежності від прийнятого характеру поперечного армування наведені в табл. 7.

Таблиця 7

Несуча здатність балок трьох серій при дії малоциклових знакозмінних навантаженнях з прольотом «зрізу» с=450 мм

Руйнування всіх балок (табл. 7) відбулось за похилими перерізами. При цьому несуча здатність була меншою в балках, які випробовувались під дією знакозмінних малоциклових навантажень, порівняно з несучою здатністю балок, випробуваних однозначним статичним навантаженням. Балка типу БЗНЦ5-4,5/0,65, в якій в якості поперечної арматури використовувались відгини (похилі стержні), зруйнувалась на напівциклі «5-б», тобто при довантажені до рівня з=0,8 від руйнівного навантаження. Тому було прийнято рішення випробувати балку типу БЗНЦ5-4,5/0,5_0,65 на дію знакозмінного малоциклового навантаження рівня з=0,5 від руйнівного навантаження з довантаженням на п'ятому циклі до рівня з=0,65 та на десятому циклі до рівня з=0,8. Балка типу БЗНЦ5-4,5/0,5_0,65 зруйнувалась на напівциклі «10-а».

З наведених експериментальних даних (табл. 7) можна зробити висновок, що малоциклові знакозмінні навантаження суттєво знижують несучу здатність згинальних залізобетонних елементів, особливо для балок з відгинами.

Висновок: Знакозмінні малоциклові навантаження, що діють на згинальні залізобетонні елементи, впливають на характер їх роботи і в цілому знижують їх несучу здатність в залежності від рівня навантажень з та характеру поперечного армування, а зміна прольоту «зрізу» впливає на напружено-деформований стан і характер руйнування згинальних елементів за нормальними чи похилими перерізами. Це необхідно враховувати введенням відповідних коефіцієнтів умов роботи при розрахунку згинальних залізобетонних конструкцій, що працюють в режимах малоциклових знакозмінних навантажень.

Зниження несучої здатності згинальних залізобетонних елементів, що працюють в режимах дії малоциклових знакозмінних навантажень, пояснюється розущільненням і деструкцією стиснених зон бетонних блоків просторового пластичного шарніру при їхньому періодичному розтягуванні, зсуву і стисненні.

Література

1. Масюк Г.Х., Корнійчук О.І. Задачі та методика експериментальних досліджень міцності та тріщиностійкості похилих перерізів згинальних залізобетонних елементів, що зазнають впливу малоциклового знакозмінного навантаження. // Ресурсоекономні матеріали, конструкції будівлі та споруди. Збірник наукових праць.-Рівне.-2006.- Вип. 14. - С. 246-252.

2. Масюк Г.Х., Караван В.В. Рекомендації до розрахунку згинальних залізобетонних елементів, що працюють в умовах малоциклового знакозмінного навантаження. // Сталебетонні конструкції: дослідження, проектування, будівництво, експлуатація. Збірник наукових праць.-Кривий Ріг.-2002.-Вип. 5.-С. 161-167.

3. Гергель А.В. Особенности сопротивления бетона при знакопеременных напряжениях сжатие-растяжение и их учёт при расчёте железобетонных элементов: Дис… канд. Техн. наук: 05.23.01. - Полтава, 1989 - 137 с

Размещено на Allbest.ru