Вплив характеру поперечного армування на роботу похилих перерізів згинальних залізобетонних елементів під дією малоциклових знакозмінних навантажень

Размещено на http://www.allbest.ru//

Вплив характеру поперечного армування на роботу похилих перерізів згинальних залізобетонних елементів під дією малоциклових знакозмінних навантажень

Корнійчук О. І., аспірант

Наведено результати експериментальних залежностей несучої здатності, а також деформацій поперечної арматури і бетону похилих перерізів згинальних залізобетонних балок при дії малоциклових знакозмінних навантажень в залежності від зміни характеру поперечного армування. армування поперечний бетон

The article is devoted to the experimental results of research of load-carrying capacity and also transverse reinforcement deformations and oblique sections concrete deformations of reinforced-concrete bending beams under the action of the alternating low-cycle loadings subject to the change of the transverse reinforcement character.

При експлуатації або реконструкції існуючих будівель і споруд значна кількість залізобетонних конструкцій та їх елементів зазнає дії малоциклових знакозмінних навантажень різного рівня. Навантаження даного виду можуть спричиняти вітрові, сейсмічні, технологічні, температурно-вологісні та інші діяння. Малоциклові знакозмінні навантаження і деформації виникають в елементах конструкцій силосів, бункерів, будівель в аварійних ситуаціях, в нерозрізних балках монолітних залізобетонних перекриттів, колонах промислових будівель, попередньо напружених конструкціях і т. ін.

Чинні нормативні документи не враховують вплив передісторії навантаження на зміну фізико-механічних властивостей бетону та зміну напружено-деформованого стану, тріщиностійкості, міцності та деформативності конструкції в цілому. Зміна знаку навантаження, його рівня і багатократна повторюваність в процесі експлуатації конструкцій може привести до результатів, якісно відмінних від отриманих при розрахунку на постійні навантаження одного знаку максимальної інтенсивності. Врахування ж передісторії навантаження дозволяє раціонально проектувати бетонні та залізобетонні конструкції, при досягненні економії матеріалу забезпечити їх міцність, жорсткість, тріщиностійкість та довговічність.

Дослідженням роботи бетонних та залізобетонних елементів при дії знакозмінних навантажень займались такі вчені, як Н.М. Бітько, А.В. Гергель, А.Б. Григорчук, В.В. Караван, Л.П. Макаренко, В.Я. Немировський, В.М. Рубель, І.Д. Свиниренко, Г.А. Фенко та інші. Проблему опору бетону за дії знакозмінних навантажень також вивчали С.В. Александровський, В.Я. Багрій, А.Я. Барашиков, В.В. Блінков, П.І. Васильєв, А.В. Войцеховський, Ю.П. Гуща, А.В. Доценко, М.І. Карпенко, І.Ю. Ларичева, Р.Х. Мирмухамедов, Т.Л. Чирва та інші.

Аналіз опублікованих робіт показав недостатність вивчення даної проблематики, а також те що науковці не дійшли єдиного висновку щодо впливу малоциклового знакозмінного навантаження на роботу згинальних залізобетонних елементів залежно від рівня, режиму та інтенсивності навантаження.

Однією із задач експериментальних досліджень було вивчення впливу характеру поперечного армування на роботу згинальних залізобетонних елементів при дії малоциклових знакозмінних навантажень. 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).

Деформації бетону похилих перерізів вимірювались індикаторами годинникового типу 2МІГ та тензодатчиками з базою 50 мм, деформації поперечної арматури вимірювались за допомогою тензометрів Гугенбергера та тензодатчиків з базою 20 мм. 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 похилих перерізів балок при різних видах поперечного армування, режимам завантаження та різних прольотах «зрізу» суттєво відмінні.

Величини руйнівного зусилля Р (несуча здатність) балок, випробуваних однозначним статичним навантаженням, в залежності від прийнятого характеру поперечного армування наведені в таблиці 1. В табл. 1 наведені балки з прольотом «зрізу» 450 мм (?3h) як найбільш характерні. Руйнування всіх балок відбулось за похилими перерізами.

Таблиця 1

Несуча здатність балок при однозначних статичних випробуваннях

з прольотом «зрізу» с=450 мм

З табл. 1 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 таблиці 2.

Руйнування всіх балок 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».

Таблиця 2

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

З наведених експериментальних даних за величиною руйнівного зусилля Р, кН можна зробити висновок, що малоциклові знакозмінні навантаження суттєво знижують несучу здатність згинальних залізобетонних елементів, особливо для балок з відгинами. Це необхідно враховувати введенням відповідних коефіцієнтів умов роботи при розрахунку згинальних залізобетонних конструкцій, що працюють в режимах малоциклових знакозмінних навантажень.

На рис. 1,2,3 наведені залежності деформацій поперечної арматури та бетону похилих перерізів дослідних зразків при дії знакозмінних малоциклових навантажень залежно від прийнятого характеру поперечного армування.

Рис. 1. Залежність деформацій поперечної арматури при малоциклових знакозмінних навантаженнях від прийнятого характеру поперечного армування:

1 - балка типу БЗНЦ5-4,5/0,65(відгини, що працюють в напівциклі «а»);

2 - балка типу БЗНЦ5-4,5/0,65(відгини, що працюють в напівциклі «б»);

3 - балка типу БЗНЦ3-4,5/0,65 (хомути ш3 Вр-І з кроком 45 мм);

4 - балка типу БЗНЦВ4-4,5/0,65(хомути ш4 Вр-І з кроком 75 мм).

Рис. 2. Залежність деформацій бетону похилих перерізів, що працюють в напівциклі «а» (попередньо розтягнута зона), при малоциклових знакозмінних навантаженнях від прийнятого характеру поперечного армування:

1 - балка типу БЗНЦ5-4,5/0,65 (відгини ш5 Вр-І з кроком 140 мм);

2 - балка типу БЗНЦ3-4,5/0,65 (хомути ш3 Вр-І з кроком 45 мм);

3 - балка типу БЗНЦВ4-4,5/0,65 (хомути ш4 Вр-І з кроком 75 мм).

Рис. 3. Залежність деформацій бетону похилих перерізів, що працюють в напівциклі «б» (попередньо стиснута зона), при малоциклових знакозмінних навантаженнях від прийнятого характеру поперечного армування:

1 - балка типу БЗНЦ5-4,5/0,65(відгини ш5 Вр-І з кроком 140 мм);

2 - балка типу БЗНЦ3-4,5/0,65 (хомути ш3 Вр-І з кроком 45 мм);

3 - балка типу БЗНЦВ4-4,5/0,65(хомути ш4 Вр-І з кроком 75 мм).

Проаналізувавши експериментальні дані деформаційності поперечної арматури дослідних зразків можна зробити висновок, що деформації на першому циклі (в напівциклах «а» і «б») майже однакові, проте починаючи з другого циклу, деформації поперечної арматури в одному з напівциклів «а» або «б» перевищували відповідні деформації в іншому напівциклі. Особливо це характерно для балок з відгинами (на рис. 1 балка типу БЗНЦ5-4,5/0,65). Після довантаження зразків на п`ятому циклі ця різниця значно збільшувалась і становила 35-50%. Розвантаження зразків призводило до накопичення залишкових деформацій в арматурі. При наступних циклах навантаження-розвантаження процес накопичення залишкових деформацій поступово затухав.

До четвертого циклу навантаження, незалежно від його рівня, в поперечній арматурі дослідних зразків деформації (на відповідних напівциклах) стабілізувались. Після довантаження зразків на п'ятому циклі знакозмінним навантаженням рівня з = 0,8 Рруйн можна вважати, що деформації арматури стабілізувались до восьмого циклу з практично пружною роботою арматури до руйнування.

Як висновок можна відмітити, що за високих рівнів знакозмінного навантаження близьких до руйнівного, відбувається найбільш інтенсивне збільшення повних деформацій поперечної арматури за рахунок накопичення залишкових деформацій. Це пов'язано з процесами тріщиноутворення: розкриттям тріщин та частковим закриттям їх при розвантаженні.

Що стосується деформаційності бетону поперечних перерізів дослідних зразків, то слід сказати, що сумарні деформації розтягу попередньо розтягнутої зони бетону похилих перерізів (похилі перерізи працюють в напівциклі «а») перевищували на 10-80% відповідні деформації попередньо стиснутої зони (похилі перерізи працюють в напівциклі «б»), окрім балок з відгинами, в яких спостерігалась протилежна картина.

На першому циклі, після розвантаження балок, залишкові деформації становили 20 - 50% від сумарних, залежно від рівня навантаження та прольоту зрізу. При подальшому навантажені-розвантажені приріст залишкових деформацій був незначний, інколи спостерігався процес їх зменшення.

Деформації бетону похилих перерізів стабілізувались до четвертого циклу навантаження, а довантаження зразків на п`ятому циклі викликало збільшення абсолютних і залишкових деформацій, величина яких залежала від рівня навантаження з. Після довантаження балок деформації стабілізувались до дев`ятого циклу навантаження.

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, прольоту «зрізу», а також характеру поперечного армування. Зниження несучої здатності згинальних залізобетонних елементів, що працюють в режимах дії малоциклових знакозмінних навантажень, пояснюється розущільненням і деструктивними змінами в бетоні стисненої зони блоків просторового пластичного шарніру при їхньому періодичному розтягуванні, зсуву і стисненні.

Крім того слід відмітити, що знакозмінні малоциклові навантаження суттєво впливають і на деформативність бетону похилих перерізів.

Основні зміни деформативних характеристик проходять після перших трьох-п`яти циклів, а при подальшому збільшені циклів навантажування відбувається незначний ріст деформацій, що свідчить про вибір пластичних деформацій, з наступним накопиченням залишкових деформацій. Перед руйнуванням спостерігається прогресивний ріст повних та залишкових деформацій. Цей фактор свідчить про різке розущільнення бетону безпосередньо перед руйнуванням.

Що стосується деформативності поперечної арматури, то слід відмітити наступне: при дії малоциклових знакозмінних навантажень деформації похилих стержнів (відгинів) практично були більшими за деформації поперечних стержнів (хомутів) на 50-80% при однакових рівнях навантаження.

Литература

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., Корнійчук О.І., Караван В.В. Вплив малоциклових знакозмінних навантажень на деформаційність поперечної арматури і бетону в похилих перерізах. // Ресурсоекономні матеріали, конструкції будівлі та споруди. Збірник наукових праць.-Рівне.-2007.-Вип. 15.-С. 196-202.

3. Масюк Г.Х., Караван В.В. Зміна фізико-механічних характеристик бетону при дії малоциклових знакозмінних навантажень // Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі та споруди. Збірник наукових праць. - Рівне. - 2004. - Випуск 11. - С. 223-228.

4. Караван В.В., Масюк Г.Х. Робота згинальних залізобетонних елементів при дії малоциклових знакозмінних навантажень // Будівельні конструкції. Науково-технічні проблеми сучасного залізобетону. Збірник наукових праць. - Київ: НДІБК. - 2005. - Том 1. - С. 189-196.

5. 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