Особливості застосування дволінійних діаграм стану бетону в розрахунках міцності навскісно зігнутих елементів

Размещено на http://www.allbest.ru/

Полтавський національний технічний університет імені Юрія Кондратюка

ОСОБЛИВОСТІ ЗАСТОСУВАННЯ ДВОЛІНІЙНИХ ДІАГРАМ СТАНУ БЕТОНУ В РОЗРАХУНКАХ МІЦНОСТІ НАВСКІСНО ЗІГНУТИХ ЕЛЕМЕНТІВ

Павліков А.М., к.т.н., професор,

Бойко О.В., аспірантка

м. Полтава

Анотація

Запропоновано проведення випробувань дослідних зразків балок в умовах косого згинання з метою отримання експериментальних значень граничних деформацій бетону стиснутої зони, які обмежують горизонтальну ділянку дволінійної діаграми деформування бетону.

Залізобетон, який на даний час знайшов широке використання в будівництві, поєднує властивості двох різних за фізичними характеристиками матеріалів. Окремим складовим залізобетону властиве нелінійне деформування. Починаючи з малих напружень в них, окрім пружних деформацій, розвиваються пластичні. Пластичні деформації в цілому суттєво впливають на загальний напружено-деформований стан конструкцій, в яких непружні властивості призводять до перерозподілу навантаження між собою. Тому припущення про лінійну залежність між напруженнями та деформаціями і основані на них формули опору пружних матеріалів для залізобетонних елементів виявляються неприйнятним. В той же час, використання реальних діаграм деформування матеріалів викликає складності при практичних розрахунках.

Ця проблема найбільш актуальна для навскісно зігнутих залізобетонних елементів, широке застосування яких у багатьох галузях господарства вимагає врахування пластичних властивостей як бетону, так і арматури. До того ж, при постійно зростаючому об'ємі реконструкції будівель і споруд часто доводиться стикатися з труднощами при вирішенні задач врахування косого згину конструкцій.

Приведений в діючих нормах [1] метод розрахунку залізобетонних конструкцій, що базується на використанні прямокутної епюри напружень в стиснутій зоні бетону, не задовольняє сучасним вимогам точності, а тому потребує вдосконалення. Розробці та удосконаленню методів розрахунку залізобетонних конструкцій на основі реальних діаграм деформування матеріалів присвячено багато робіт. При цьому в [1-5] запропоновано використання в розрахунках нарівні з криволінійними діаграмами дволінійних діаграм стану бетону і арматури.

Не можна сказати, що використання дволінійних діаграм деформування матеріалів є чимось цілком новим, адже спроби ввести такі діаграми в розрахунки були досить давно, наприклад, в роботах

О.Б. Голишева [6]. Але методика розрахунку на основі згаданих діаграм для навскісно зігнутих елементів раніше не розроблялась.

Зважаючи на викладене назріла необхідність дослідження можливості застосування дволінійних діаграм деформування матеріалів при розрахунках залізобетонних елементів, що зазнають косого згинання.

В роботах [7, 8] при розрахунках міцності, тобто при визначенні зусиль та деформацій у нормальному перерізі залізобетонного елемента запропоновано використовувати залежності між напруженнями та деформаціями в стиснутому бетоні та розтягнутій арматурі у вигляді дволінійних діаграм (рис. 1 а, б). Використання таких діаграм дозволяє значно спростити розрахунки за деформаційною моделлю в порівнянні з розрахунками з використанням криволінійних діаграм.

Рис. 1. Дволінійні розрахункові діаграми деформування: а) стиснутого бетону; б) розтягнутої арматури

Дволінійна діаграма стану бетону (рис. 1а) описується залежностями:

при , ; (1)

при , , (2)

де - деформації бетону, що відповідають межі умовно пружної роботи бетону; - відповідний приведений модуль пружності; - максимальні деформації бетону на межі пластичної ділянки.

Дволінійна діаграма стану арматури (рис. 1б) описується залежностями:

при , ; (3)

при , , (4)

де - деформації арматури на межі пружної ділянки діаграми; - максимальні деформації арматури на межі пластичної ділянки.

Порівняння результатів розрахунку із застосуванням дволінійних діаграм свідчить про вдале співпадіння з експериментальними даними. При чому розрахункові значення висоти стиснутої зони Х відрізняються від експериментальних в середньому на 6%. Це дає змогу говорити про доцільність використання запропонованого методу при розрахунку косозігнутих залізобетонних елементів прямокутного профілю.

Таким чином, порівняно з нормативним методом розрахунку міцності в нормальному перерізі розроблений метод дозволяє більш точно оцінювати міцність у перерізі зі стиснутою зоною складної форми в тих випадках, коли напруження в розтягнутій арматурі не досягають граничних, більш економно використовувати стиснуту арматуру і більш диференційовано визначати висоту стиснутої зони в залежності від міцнісних і деформативних властивостей бетону.

Але застосування дволінійних діаграм деформування матеріалів в розрахунках міцності елементів, що зазнають косого згинання, має свої особливості. Про це свідчать роботи [9, 10]. В даних роботах вказано на те, що значення граничних деформацій стиснутого бетону, які обмежують діаграму деформування стиснутого бетону для навскісно зігнутих елементів відрізняються в залежності від того, яку форму має стиснута зона бетону. В [9] розрахунковим шляхом отримані графіки деформацій бетону стиснутої зони згинального залізобетонного елемента залежно від фізико-механічних характеристик бетону та форми стиснутої зони. Експериментальні значення наведені в [10], при цьому для стиснутої зони у вигляді трикутника , для трапеції . В [2] для загального випадку розрахунку міцності залізобетонних елементів при дії згинальних моментів та поздовжніх сил пропонується приймати граничні деформації бетону . бетон граничний деформація балка

Отже, використання дволінійних діаграм стану матеріалів в розробці нових методів розрахунку міцності залізобетонних елементів для більш точної оцінки їх міцності можливе лише за умови визначення експериментальним шляхом деформацій бетону стиснутої зони, які обмежують горизонтальну ділянку діаграми стану бетону. Поповнення експериментальних даних випробувань балок на косе згинання дозволить врахувати особливості роботи елементів при косому згинанні та підготувати рекомендації по удосконаленню методики їх розрахунку.

З метою проведення експериментальних досліджень виготовлено 15 зразків залізобетонних балок прямокутного поперечного перерізу з важкого бетону. Всі експериментальні балки мають довжину 3 м та розміри поперечного перерізу 160 х 240 мм. Такі геометричні характеристики близькі до тих, що найбільш часто застосовуються на практиці. Дослідні балки поділяються на чотири серії, які відрізняються кількістю та розміщенням робочої розтягнутої арматури (рис. 2).

У якості робочої арматури розтягнутої зони перерізу використані стержні класу А-ІІІ. Крім того, в розтягнутій та стиснутій зонах перерізу встановлена конструктивна арматура класу А-І. Стержні з арматури класу А-І також застосовані у якості поперечної арматури на третинах прольоту близько опор, при цьому в зоні чистого косого згинання поперечна арматура відсутня.

Балки першої серії БП-1 армуються в розтягнутій зоні одним стержнем арматури класу А-ІІІ діаметром 25 мм. Ці балки будуть випробувані при різних кутах нахилу силової площини від 0⁰ до 20⁰. Це дасть змогу отримати експериментальні значення параметрів напружено-деформованого стану для різних форм стиснутої зони бетону: трапецієподібної, прямокутної та трикутної. Аналогічним чином буде випробувано 5 балок четвертої серії, армованих трьома стержнями арматури класу А-ІІІ діаметром 14 мм. Варто зауважити, що робочі стержні в розтягнутій зоні балок першої та четвертої серій розміщені таким чином, щоб координати центра ваги розтягнутої арматури були однаковими. Крім того, площі робочої арматури балок серії БП-1 () та БП-4 () із невеликою похибкою можна вважати рівними. Такий спосіб армування дозволить простежити, як змінюється характер поведінки під навантаженням і руйнування балок залежно від кількості стержнів розтягнутої арматури та їх розташування.

Балки другої серії БП-2 () відрізняються від експериментальних зразків першої серії розташуванням робочої арматури, зокрема зміщенням її по горизонталі. Зовнішнє навантаження буде прикладене під кутами і , при яких форма стиснутої зони бетону матиме форму трапеції та трикутника.

Відмінність балок третьої серії полягає у величині площі робочої арматури (), тобто вони будуть армовані в розтягнутій зоні стержнем арматури класу А-ІІІ діаметром 18 мм. Балки БП-3 будуть випробувані при кутах нахилу силової площини та .

Рис. 2. Схеми армування експериментальних зразків балок

Очевидно, що проведення експериментальних випробувань балок на косе згинання дасть змогу отримати значення деформацій бетону стиснутої зони, які обмежують горизонтальну ділянку дволінійних діаграми деформування бетону, в залежності від форми стиснутої зони, площі та розташування робочої розтягнутої арматури. Це дозволить вдосконалити метод обчислення міцності залізобетонних елементів на основі дволінійних діаграм стану матеріалів та виконувати розрахунки з більшою точністю залежно від міцнісних і деформативних властивостей бетону і арматури.

Анотація

1.СНиП 2.03.01 - 84. Бетонные и железобетонные конструкции. - М.:ЦИТП Госстроя СССР, 1989. - 88 с.

2. Расчет прочности железобетонных конструкций при действии изгибающих моментов и продольных сил по новым нормативным документам /

А.И. Звездов, А.С. Залесов, Т.А. Мухамедиев, Е.А. Чистяков // Бетон и железобетон. - 2002. - №6. - С. 21-25.

3. Бамбура А.М., Барашиков А.Я., Гурківський О.Б. Основні положення розрахунку бетонних та залізобетонних конструкцій по національному нормативному документу (ДБН), що розробляється // Будівельні конструкції. - К.:НДІБК, 2005. - Вип.62: У 2-х т. - Том 1.- С. 131-136.

4. Барашиков А.Я., Задорожнікова І.В. Спрощені розрахунки несучої здатності нормальних перерізів згинальних залізобетонних елементів за деформаційною моделлю // Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі і споруди: Збірник наукових статей. - Рівне, 2005. - Вип. 12. - С. 109-115.

5. СНиП 52-010-03. Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения / ГУП НИИЖБ Госстроя России. - М.: ФГУП ЦПП, 2004. - 25 с.

6. Проектирование железобетонных конструкций: Справочное пособие / А.Б. Голышев, В.Я. Бачинский, В.П. Полищук, А.В. Харченко, И.В. Руденко; Под ред. А.Б. Голышева. - 2-е изд., перераб. и доп. - К.: Будивэльнык, 1990. - 544 с.: ил.

7. Павліков А.М., Бойко О.В. Розрахунок міцності косозігнутих балок на основі дволінійних діаграм стану матеріалів // Будівельні конструкції. - К.: НДІБК, 2006. - Вип. 65. - С. 172-178.

8. Павліков А.М., Бойко О.В. Міцність косозігнутих залізобетонних елементів за умови дволінійної роботи бетону та арматури // Будівельні конструкції. - К.: НДІБК, 2007. - Вип. 67. - С. 263-270.

9. Павліков А.М. Визначення розрахункових значень деформацій бетону стиснутої грані в залізобетонних згинальних елементах // Будівельні конструкції. - К.: НДІБК, 2005. - Вип. 62. - С. 219-224.

10. Дяченко Є.В. Розрахунок міцності косозігнутих залізобетонних елементів з урахуванням повної діаграми фізичного стану бетону: Дис. … канд. техн. наук: 05.23.01. - Полтава, 2006.

Размещено на Allbest.ru