Способ определения граничных деформаций бетона на нисходящей ветви

Размещено на http://www.allbest.ru/

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГРАНИЧНЫХ ДЕФОРМАЦИЙ БЕТОНА НА НИСХОДЯЩЕЙ ВЕТВИ

Азизов Т.Н., д.т.н., профессор

(Уманский государственный педагогический

университет имени Павла Тычины)

В статье описан новый способ экспериментального построения диаграмм сжатия бетона. Способ позволяет получить стабильные значения деформаций на нисходящей ветви диаграммы. Приведен пример подбора жесткостей элементов экспериментальной установки.

бетон деформация жесткость

Постановка задачи и анализ исследований. Известно, что использование в практике проектирования реальных диаграмм деформирования бетона «у-е» сдерживается из-за отсутствия надежных экспериментальных данных о ее параметрах [1,2,4]. Имеется достаточно большое количество методов получения диаграммы сжатия бетона, однако они имеют те или иные недостатки, приводящие к значительным погрешностям в закритической области [1].

В работе [3] предложен способ получения полных диаграмм бетона в специально разработанной и запатентованной установке, которая являет собой шаг вперед в исследовании диаграмм состояния бетона. Однако и она имеет тот недостаток, что бетонный образец на начальной стадии загружается самостоятельно, а металлический кондуктор включается в работу на последних (близких к критическим) стадиях работы бетонного образца. Это связано с фактом, что если образец с самого начала будет работать совместно с металлическим кондуктором, то уже при деформациях напряжения в элементах кондуктора будут превышать расчетное сопротивление мягкой стали, из которой как правило изготавливаются установки.

В связи с вышесказанным целью настоящей статьи является разработка способа получения полных диаграмм сжатия бетона, при котором металлические элементы кондуктора загружаются совместно с исследуемым бетонным (или железобетонным) образцом с самого начала и до его полного разрушения.

Изложение способа. Схема предлагаемой установки показана на рис. 1.

Рис.1. Схема установки для получения полных диаграмм бетона

Нагрузка P прикладывается не непосредственно к испытуемому бетонному (или железобетонному) образцу 1, а через траверсу 2 в виде статически определимой шарнирно опертой балки пролетом l. Бетонная призма может иметь оголовок 4 из листовой стали с выемкой для шарика 3, предназначенного для шарнирной передачи центральной сжимающей силы. Пролет балки l и ее изгибная жесткость EJ должны подбираться так, чтобы на всем диапазоне от нуля до максимальных деформаций бетонного образца балка работала в упругой стадии.

Прогиб балки в точке С (в середине пролета - см. рис. 1) всегда будет равняться абсолютному перемещению бетонной призмы. Измерение перемещений в точке С в принципе вполне достаточно для построения диаграммы «у-е», хотя можно дополнительно на призму установить приборы для измерения перемещений.

Допустим, что при приложении внешней силы Р траверса в середине пролета прогнулась на величину Дh. Тогда сила (где Х - сила, приходящаяся на бетонный образец) может быть определена по известному выражению сопротивления материалов:

. (1)

Или, сила, приходящаяся на призму:

, (2)

где E - модуль упругости материала балки.

Диаграмма «у-е» строится при различных значениях силы P, а следовательно и X . При этом (А - площадь сечения призмы); (h - высота призмы - см. рис. 1).

При подборе сечения балки следует учитывать не только ее деформативность, но и прочность. При действии сосредоточенной силы в середине пролета (см. рис. 1) как известно условие прочности имеет вид:

(3)

где W - момент сопротивления сечения балки; R - расчетное сопротивление материала балки.

Для симметричных сечений, как известно, соотношение между моментом инерции сечения J и моментом сопротивления W выглядит:

, (4)

где a - высота сечения балки.

Для определения необходимого пролета балки l и ее момента инерции J следует решить совместно систему уравнений (1) и (3) с учетом (4) относительно неизвестных J и l. Решение этой системы дает выражения:

; а)

б) (5)

Определенные по (5) пролет l и момент инерции J являются значениями, при которых действие силы N с одной стороны вызовет возникновение максимальных напряжений , а с другой стороны - вызовет требуемое перемещение середины пролета .

Для придания запаса деформативности можно увеличить в k раз момент сопротивления балки W и ее пролет l. При этом ее прочность останется неизменной, а деформативность возрастет, т.к. прочность зависит от пролета линейно (см. формулу 3), а жесткость - в третьей степени (формула 1). Кроме того можно придать необходимый запас прочности балки на случай внезапного разрушения призмы. Разница зависимостей прочности и деформативности от пролета балки позволяет исследователю свободно варьировать различными прочностными и деформативными характеристиками балки.

Рассмотрим пример подбора пролета и жесткости траверсы. Пусть бетон испытываемого образца имеет призменную прочность МПа (1000 Н/см2); размеры образца 150х150х600 мм (стандартная призма). Тогда максимальная разрушающая сила

кН.

Максимальная деформативность бетона, как известно, составляет . Тогда максимальное абсолютное перемещение призмы составит

Зададимся высотой сечения балки a=30 см.

Определим пролет траверсы по формуле 5, а:

см,

где модуль упругости стали E=21000000 Н/см2; расчетное сопротивление стали R=21000 Н/см2.

Момент инерции траверсы определим по формуле 5, б:

Момент сопротивления сечения по (4):

По сортаменту подбираем двутавровую балку №33 с геометрическими характеристиками J =9840 см4; W=597 см3.

Момент сопротивления балки в 1.146 раз больше требуемого значения. Увеличим во столько же раз (с округлением) пролет балки и примем его равным 220 мм.

Проверим прочность балки

Н/см2,

т.е. прочность балки обеспечена.

Теперь определим перемещение середины балки

см.

Как видим, при сохранившейся достаточной прочности мы получили деформативные возможности с запасом.

При подборе геометрических характеристик балки следует провести серию расчетов для выбора безопасных напряжений (в т.ч. при внезапном обрушении призмы) и необходимой деформативности.

Перед испытанием следует также протарировать установку загружением в упругой стадии.

Преимущества предложенного способа по сравнению с [3] очевидны, т.к. с самого начала загружения образца и до его полного разрушения он деформируется совместно с траверсой и нет надобности вмешательства в процесс испытания, как это предполагается в [3]. Это позволит получить четкие значения всех точек диаграммы «у-е», включая и .

Конструировать установку можно при помощи двух перекрестных траверс, можно использовать пластиковые материалы и т.д. Другими словами, установка позволяет подобрать характеристики ее элементов при каких угодно соотношениях их деформативности и прочности.

Выводы и перспективы исследований.

Предложенный способ получения экспериментальных диаграмм сжатия бетона отличается своей надежностью получения параметрических точек диаграмм без риска влияния субъективного фактора экспериментатора.

В перспективе следует провести расчеты для предложения прочностных и деформативных характеристик испытательной установки с обеспеченной прочностью и деформативностью, разработку универсальных установок для всех видов бетона, а также получение новых диаграмм «у-е» с использованием предложенного способа и их сравнение с диаграммами, полученными известными ранее способами.

Література

1. Бамбура А.Н., Гурковский А.Б. К построению деформационной теории железобетона стержневых систем на экспериментальной основе // Будівельні конструкції. Міжвідомчий науково-технічний збірник. Вип. 59 - Київ: НДІБК, 2003. - С. 121-130. 2. Роговий С.І. Проблеми дослідження і реалізації діаграм стану бетону в теорії розрахунку залізобетонних конструкції // Будівельні конструкції. Міжвідомчий науково-технічний збірник. Вип. 59 - Київ: НДІБК, 2003. - С. 137-142.3. Спосіб одержання повних діаграм стану: Патент України 55204 А, МКІ Е04С1 / 04 \ Роговий С.І., Круглий Д.В., Пахомов Р.І. (Україна) № 2002076000. Заявл. 19.02.2002; Опубл. 17.03.2003, Бюл. № 3 - 3 с. 4. Методические рекомендации по уточненному расчету железобетонных элементов с учетом полной диаграммы сжатия бетона. НИИСК Госстроя СССР / Бамбура А.Н.

Размещено на Allbest.ru