Гранична деформативність бетону в залізобетонних елементах за осьового стиску

Размещено на http://www.allbest.ru/

Національний університет водного господарства та природокористування

Гранична деформативність бетону в залізобетонних елементах за осьового стиску

Ромашко В.М., к.т.н., доцент

м. Рівне

Анотація

Проаналізовані способи визначення граничних деформацій бетону в існуючих на сьогодні деформаційних моделях бетону. Висвітлені їх основні методологічні переваги та недоліки. Запропоновані аналітичні залежності для оцінки граничної деформативності бетону в залізобетонних елементах за осьового стиску

Постановка проблеми та аналіз останніх досліджень і публікацій з розв'язання вказаної проблеми. Вдосконалення методики розрахунку бетонних та залізобетонних елементів за міцністю нормальних перерізів сьогодні пов'язують переважно з становленням та розвитком так званої "деформаційної моделі", котра уже давно використовується на Заході [1]. Нерідко висловлюються думки, а чи варта взагалі підвищеної уваги вищеназвана модель? Подібні сумніви в певній мірі слушні для непереармованих статично визначених залізобетонних елементів, де деформаційна модель не дає якихось особливих переваг у порівнянні з нині діючою нормативною методикою [2]. Однак для статично невизначених чи переармованих елементів та елементів з високоміцною арматурою її застосування дозволяє суттєво підвищувати точність розрахунків. Крім того, створення узагальненої деформаційної моделі роботи бетону дозволить виконувати всі розрахунки залізобетонних елементів за першою і другою групами граничних станів з єдиних методологічних позицій, максимально позбавлених емпіризму.

Таким чином, розробка та вдосконалення деформаційної моделі роботи бетону буде залишатися актуальною задачею допоки не буде створена узагальнена методика повного розрахунку залізобетонних конструкцій за граничними станами на єдиній методологічній основі.

Основні відмінності між пропонованими на сьогодні деформаційними моделями чи їх різновидностями відображаються у:

· формі діаграми деформування бетону;

· призначенні параметрів критичної точки (,) діаграми деформування бетону;

· способі обмеження граничних деформацій бетону найбільш стиснутих волокон залізобетонного елементу .

Обґрунтованість та доцільність застосування більшості поліноміальних

та степеневих, показникових та сплайн - функцій, дробових та дробово-раціональних, тригонометричних та інших залежностей детально проаналізовані в роботі [3]. Основні ж переваги та недоліки існуючих на сьогодні пропозицій, щодо визначення параметрів критичної точки (,) діаграми деформування бетону, розглянуті в публікації [4]. Тому, зупинимось на найхарактерніших способах обмеження в деформаційній моделі залізобетонного елементу.

В моделі Єврокоду [1] граничні деформації бетону встановлені експериментальним шляхом на залізобетонних зразках за результатами прямих вимірювань деформацій по їх стиснутих гранях. Тим не менше, вплив основних факторів, в тому числі і арматури, на величину деформацій залишився практично не визначеним.

Обмеження граничних деформацій бетону в моделі НДІБК [5,6] здійснено за результатами експериментальних досліджень на осьовий стиск не залізобетонних елементів, а бетонних призм. Тут відображений вплив виду та класу бетону на , але сама величина граничних деформацій бетону не може слугувати критерієм руйнування залізобетонного елементу, бо не зв'язана з його граничним станом. Крім того, існують певні сумніви в достатній жорсткості дослідних установок, а отже і в точності відтворення відповідного режиму завантаження зразків призм [7].

Аналогічні застереження щодо встановлення граничних деформацій бетону можна висунути і до рішень, отриманих Крусьом Ю.О. [8] на основі гіпотези інваріантності енергії силового деформування бетонних зразків. За виключенням виду та класу бетону, всі інші фактори впливу на в залізобетонних елементах залишились не визначеними та не врахованими.

Найбільшої уваги, очевидно, заслуговує екстремальний критерій міцності для обмеження граничних деформацій бетону , запропонований вперше Байковим В.Н. і Горбатовим С.В. [9] та обґрунтований пізніше Митрофановим В.П. і Арцевим С.І. [10]. Саме його застосування дозволяє враховувати вплив багатьох факторів, включаючи і арматуру, на граничну деформативність бетону в залізобетонних елементах.

Основною метою даних досліджень є: оцінка потенційних можливостей роботи бетону в стиснутих залізобетонних стержнях, отримання аналітичних залежностей з визначення граничних деформацій бетону в армованих елементах та встановлення меж раціонального армування залізобетонних стержнів за осьового стиску.

Виклад основного матеріалу. За результатами раніше проведених досліджень встановлено, що при нелінійній зміні жорсткості перерізу діаграма деформування бетону і в бетонному, і в залізобетонному елементі описується неправильною дробово-раціональною функцією [11]. Несуча здатність центральностиснутого залізобетонного елементу, в такому випадку, буде відображатися залежністю (1)

де і - відповідно китичні деформації та критичні напруги (міцність) бетону в "піковій" точці діаграми деформування бетону в залізобетонному елементі.

Граничні деформації бетону в залізобетонному елементі, що характеризують закінчення низхідної вітки на діаграмі деформування бетону, знайдемо, використовуючи екстремальний критерій міцності

Після відповідних обчислень та нескладних перетворень отримаємо

Залежність (3) справедлива, якщо граничні деформації бетону не перевищують деформацій текучості арматури (рис.1). В протилежному випадку граничні деформації, що обмежують низхідну вітку діаграми деформування бетону в залізобетонному елементі, при використанні екстремального критерію міцності слід було б обчислювати за формулою (4)

Однак, за сумісної роботи бетону і арматури, граничні деформації бетону при (рис.2) автоматично обмежуються величиною критичних деформацій [14]. З метою перевірки отриманих залежностей (3) і (4) були обчислені граничні деформації бетону в центральностиснутих, в тому числі і з випадковими ексцентриситетами, залізобетонних елементах зі звичайною та високоміцною арматурою, випробуваних Рискиндом Б.Я. [12] та Лазарєвим Д.М. [13]. Результати відповідних розрахунків та параметри збіжності експериментальних і теоретичних даних наведені в таблиці.

Рис.1. Діаграма деформування залізобетонного елементу з високоміцною арматурою за осьового стиску

Рис.2. Діаграма деформування залізобетонного елементу з високоміцного бетону і звичайною арматурою за осьового стиску

Таблиця. Граничні деформації бетону в залізобетонних елементах за осьового стиску

На підставі аналізу результатів розрахунку можна зробити ряд наступних висновків.

1. Екстремальний критерій міцності може бути застосований до залізобетонних елементів, в яких критичні деформації бетону не перевищують деформацій, що відповідають межі текучості арматури . Граничну деформативність бетону в елементах, що зазнають осьового стиску, рекомендується обчислювати за формулою (3).

2. В залізобетонних елементах з надміцних бетонів (рис.2) граничні деформації слід обмежувати за допомогою екстремального критерію міцності або критерію граничної несучої здатності (критичними деформаціями) в залежності від використаного класу арматури.

3. Гарячекатану арматуру класу АІІІ (А 400) доцільно використовувати з бетонами класів нижче В 50.

4. Виконання умовиможе слугувати одним із показників найбільш ефективного використання матеріалів в залізобетонному елементі.

Література

бетон деформація залізобетонний

1. EN 1992-1: 2001 (Final Draft, April, 2002) Eurocode-2: Design of Concrete Structures - Part 1: General Rules and Rules for Building. -Brussels. -2002, October - 230 p.

2. СНиП 2.03.01-84. Бетонные и железобетонные конструкции / Госстрой СССР. - М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1985. -79 с.

3. Ромашко В.М. Деякі особливості діаграми деформування бетону // Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі та споруди. - Рівне, 2006. - Вип. 14. - С. 127-133.

4. Ромашко В.М. До визначення граничних деформацій бетону// Будівельні конструкції: Зб. наук. праць. Вип. 65. - К.: НДІБК, 2006. - С. 193-198.

5. Методические рекомендации по уточненному расчету железобетонных элементов с учетом полной диаграммы сжатия бетона. - К.: НИИСК Госстроя СССР, 1987. -25 с.

6. Бамбура А.Н. Развитие методов оценки напряженно-деформированного состояния и несущей способности железобетонных конструкций на основе реальных диаграмм деформирования материалов // Научно-практические проблемы современного железобетона. Первая всеукраинская научно-техническая конференция. Сб. тезисов. -Киев: НИИСК, 1996. - С.36-39.

7. Митрофанов В.П. Перспективы развития теории расчета бетонных и железобетонных конструкций и их элементов/ Совершенствование расчетов прочности элементов бетонных, железобетонных и каменных конструкций: Сб. науч. тр. -Полтава: Полт. НТУ, 2007. - С.16-26.

8. Крусь Ю.А. Аналитический метод трансформирования диаграмм деформирования бетона в условиях однородного сжатия и растяжения // Будівельні конструкції: Зб. наук. праць. Вип. 67. - К.: НДІБК, 2007. - С. 195-206.

9. Байков В.Н., Горбатов С.В. Определение предельного состояния внецентренно сжатых элементов по неупругим зависимостям "напряжение-деформация" бетона и арматуры // Бетон и железобетон. - 1985. - № 6. - С.13-14.

10. Митрофанов В.П., Арцев С.И. Предельная сжимаемость бетона нормальных сечений железобетонных элементов/ Проблеми теорії і практики залізобетону. Зб. наук. ст. -Полтава: ПДТУ ім. Ю. Кондратюка, 1997. - С.333-337.

11. Ромашко В.М. Повна діаграма деформування бетону в бетонних та залізобетонних елементах // Будівельні конструкції: Зб. наук. праць. Вип. 67. - К.: НДІБК, 2007. - С. 299-309.

12. Рискинд Б.Я. Прочность сжатых железобетонных стоек с термически упрочненной арматурой// Бетон и железобетон - 1972. - №11. - с.31.

13. Лазарєв Д.М. Експериментальні дослідження міцності та граничної деформації бетону стиснутих та зігнутих залізобетонних елементів/ Совершенствование расчетов прочности элементов бетонных, железобетонных и каменных конструкций: Сб. науч. тр. -Полтава: Полт. НТУ, 2007. - С. 256-264.

14. Смирнов Н.В., Гамаюнов Е.И. К расчету центральносжатых железобетонных элементов // Бетон и железобетон. -1973. -№11. - С. 34-36.

Размещено на Allbest.ru