29 Авг

ДЕФОРМИРОВАНИЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ БАЛОК С ЗАМОДЕЛИРОВАННЫМИ ТРЕЩИНАМИ




Номер части:
Оглавление
Содержание
Журнал
Выходные данные


Науки и перечень статей вошедших в журнал:

В современном строительстве основным материалом является железобетон. Он завоевал свою популярность благодаря сочетанию уникальных свойств: длительности срока службы, огнестойкости, противостоянию агрессивной окружающей среде, малых эксплуатационных расходов на содержание конструкций, сейсмостойкости. Однако одним из недостатков железобетона является ранее образование трещин в растянутой зоне, а вследствие этого, быстрый рост прогибов конструкций до предельной величины. Проблема раскрытия трещин имеет немалое значение для обеспечения совместного деформирования арматуры и бетона, отчего, в конечном итоге, зависит долговечность, жесткость и обеспечение полного использования несущей способности железобетонных конструкций.

В 2006-2007 гг. были проведены экспериментальные исследования по испытанию кратковременной нагрузкой железобетонных балок без предварительного напряжения с заранее организованными трещинами (физический эксперимент) [2-5]. Проведенный анализ прогибов изгибаемых элементов на конкретных примерах силового воздействия показал, что при организации трещин в растянутой зоне балки кратковременный прогиб снижается в среднем в 2,5 раза при действии одной сосредоточенной силы по оси симметрии балки и в 1,3 раза при действии двух сил (рис. 1).

Проведенный анализ характера распределения деформаций показал, что при стохастическом образовании трещин сложно построить точную аналитическую модель изгибаемых элементов под нагрузкой; в то время как для конструкций с организованными трещинами такая возможность установлена [5].

В настоящее время экспериментальные работы в этой области продолжены: испытаны две серии железобетонных перемычек (по 3 штуки в каждой серии) марки 2ПБ 10-1П (серия 1.038.1-1) на действие одной сосредоточенной силы. Образцы изготовлены из тяжелого бетона класса по прочности на сжатие В15.

Серия № 1 – сплошные перемычки, поставляемые заводом-изготовителем на строительные площадки.

Серия № 2 – перемычки с замоделированными трещинами, которые представлены девятью оцинкованными пластинами, установленными в растянутой зоне в процессе изготовления конструкций. Толщина пластин – 0,5 мм; высота – 28 мм, что соответствует 0,2×h, где h – высота перемычки.

Рисунок 1. Зависимости «нагрузка-прогиб» для балок, испытанных

на разные силовые воздействия

Серия № 1, серия № 2 – балки обычные без преднапряжения; серия № 3 – балки с одной замоделированной трещиной; серия № 4 – балки с двумя замоделированными трещинами

Количество пластин-трещин выбрано по результатам предыдущих испытаний [4, 5], в которых по аналогичной схеме загружения на момент разрушения было выявлено в среднем девять трещин.

Размеры сечения перемычек и схема расстановки оцинкованных пластин, имитирующих трещины, показаны на рис. 2.

Рисунок 2. Размеры сечения железобетонных перемычек

а) – серия № 1; б) – серия № 2; 1 –  каркас (1Ø4 Вр-500 (As = 12,6 мм2)); 2 – петля; 3 – установленные в процессе изготовления пластины

Статическая нагрузка приложена с помощью гидродомкрата 10 ступенями по 0,5 кН. Для регистрации прогибов использованы прогибомеры Аистова с ценой деления 0,001мм. Осадки опор измерены при помощи индикаторов часового типа с ценой деления 0,01мм. Относительные деформации зафиксированы тензорезисторами сопротивлением 307 Ом с базой 50 мм с помощью тензометрической станции «Динамика-2» и индикаторами многооборотными часового типа с ценой деления 0,01мм. Схема расстановки механических приборов и расклейки тензорезисторов представлена на рис. 3.

Для каждого образца на всех ступенях загружения построены эпюры деформаций. На рис. 4 показаны эпюры средних деформаций при нагрузке 400 кгс, что соответствует предразрушающей нагрузке.

Из рис. 4 видно, что деформации сжатого волокна в сечении 2 (непосредственно под приложенной силой) между сериями существенно отличаются: так в серии № 1 (сплошные перемычки) εb = 141,52×10-5, в то время как в серии № 2 (с замоделированными трещинами) – εb = 88,84×10-5 (что в 1,5 раз ниже). При этом средняя высота сжатой зоны для перемычек серии № 1 составляет 34,62 мм, для перемычек серии № 2 – 35,89 мм.

Рисунок 3. Схема расположения измерительных приборов

 

Рисунок 4. Распределение усредненных деформаций (10-5)

при нагрузке 400 кгс

а) – серия № 1; б) – серия № 2

 

Существенное различие в распределении деформаций в образцах серий №№ 1 и 2 можно объяснить с помощью энергетической теории, предложенной проф. В.М. Митасовым [1]. Согласно этой теории, внезапный характер появления стохастической трещины сопровождается мгновенным изменением напряженного состояния сечения, которое носит динамический характер.

На рис. 5 показан график зависимости осредненных значений прогибов от нагрузки для обеих серий, где видно, что при образовании первой трещины в балках серии № 1 происходит резкий скачок прогиба, что подтверждает динамический характер поведения системы, в то время как в балках серии № 2 деформирование конструкций происходит плавно.

Рисунок 4. Зависимость осредненных значений прогибов от нагрузки

Так, при нагрузке 2,5 кН (250 кгс) прогиб балок серии № 1 составляет 1,44 мм, серии № 2 – 0,77; при нагрузке 3 кН (300 кгс) соответственно 1,97 и 1,06 мм (разница составляет почти 2 раза).

В ходе испытаний получены следующие результаты:

  1. В изгибаемых элементах серии № 2 образовалось в среднем три трещины, которые прошли по пластинам, установленным при изготовлении (таким образом, шаг трещин был фиксирован и составил 100 мм).
  2. Высота сжатой зоны в сечении под приложенной нагрузкой в изгибаемых элементах серии № 2 в среднем в 1,5 раза меньше, чем в элементах серии № 1, при значительно меньших деформациях наиболее сжатого волокна.
  3. Ширина раскрытия трещин в изгибаемых элементах серии № 2 меньше, чем в элементах серии № 1.

Таким образом, экспериментальные исследования показали, что с помощью моделирования трещин в процессе изготовления, появляются возможности для регулирования напряженно-деформированного состояния и процесса трещинообразования в железобетонных изгибаемых конструкциях, что ведет к плавному деформированию последних на всех этапах загружения.

Список литературы:

  1. Митасов, В.М. Основные положения теории сопротивления железобетона (энергетический вариант): монография / В.М. Митасов. – Новосибирск: Изд-во НГАСУ (Сибстрин), 2010. – 168 с.
  2. Михайлова, Н.С. Напряженно-деформированное состояние железобетонной балки с трещиной / В.М. Митасов, Н.С. Михайлова // Материалы Международных академических чтений 27-29 сентября 2007 г. – Курск, 2007. – С. 104 – 108.
  3. Михайлова, Н.С. Экспериментальные исследования железобетонных балок без трещин и с заранее намеченной трещиной / Н.С. Михайлова // Изв. вузов. Строительство. – 2007. – № 4. – С. 117 – 120.
  4. Пичкурова, Н.С. Напряженно-деформированное состояние железобетонных балок с организованными трещинами /В.М. Митасов, В.В. Адищев, Н.С. Пичкурова//Вест. РААСН. – 2008.– Т. 1, №13, С. 222 – 227.
  5. Пичкурова, Н.С. Трещиностойкость железобетонных конструкций/ В.М. Митасов, В.В. Адищев, Н.С. Пичкурова//Проблемы современного бетона и железобетона: сб. тр. Ч.1. Бетонные и железобетонные конструкции. – Минск: Минсктиппроект, 2009. – С. 267-276.
    ДЕФОРМИРОВАНИЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ БАЛОК С ЗАМОДЕЛИРОВАННЫМИ ТРЕЩИНАМИ
    Проведенные экспериментальные исследования по испытанию железобетонных изгибаемых конструкций с замоделированными трещинами показали, что с помощью пластин, установленных в растянутой зоне и имитирующих трещины, возможно качественно изменить напряженно-деформированное состояние (НДС) конструкции, влияя на такие параметры как высота и ширина раскрытия трещин, шаг и количество трещин, деформации сжатой и растянутой зоны, жесткость конструкции. Появляются возможности для регулирования процесса трещинообразования и НДС в целом.
    Written by: Пичкурова Наталья Сергеевна
    Published by: БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА
    Date Published: 02/07/2017
    Edition: ЕВРАЗИЙСКИЙ СОЮЗ УЧЕНЫХ_29.08.15_08(17)
    Available in: Ebook