<<
>>

Исследование прочности, деформативности и трещиностойкости изгибаемых железобетонных элементов трапециевидного сечения

Задачи численных исследований:

- исследование прочности, трещиностойкости и деформативности балок трапециевидного сечения с разными соотношениями граней;

- выявление оптимального соотношения граней трапециевидных балок;

- исследование зависимости между коэффициентом армирования и прочностью, трещиностойкостью и деформативностью для различных форм поперечных сечений и классов арматуры;

- на основании проведенных исследований составить практические рекомендации по оптимальному конструированию балок трапециевидного поперечного сечения.

В качестве исследуемых балок были использованы балки 4-х типов: три типа - образцы трапециевидного сечения и один тип (эталонный) - прямоугольного поперечного сечения. В процессе исследования варьировались классы бетона (В15, В20, В25, В30, В40) и арматуры (А400, А500, А600), а также коэффициент армирования μв интервале от 0.5 до 5% с шагом 0.5%.

Все исследуемые балки имели постоянную высоту (400 мм), длину пролета (4500 мм) и площадь поперечного сечения, что в свою очередь позволяет дать анализ эффективности распределения материала по высоте сечения без использования приведенных характеристик. Балки были нагружены равномерно распределенной нагрузкой. Геометрические размеры балок приведены на рисунке 4.7.

Рисунок 4.7 Геометрические размеры сечений исследуемых балок

Рассмотрим характер роста прочности при увеличении коэффициента армирования для балок различной формы поперечного сечения. В данном пункте рассматриваются изгибаемые элементы из бетона класса В15, В30, В40 и арматуры класса А400, А500 и А600, т.е. с физической площадкой текучести и без неё. Значения предельных изгибающих моментов приведены в таблицах Б.5-Б.7 приложения Б.

На основании результатов, приведенных в таблицах Б.5-Б.7, построены диаграммы зависимости разрушающего момента от коэффициента армирования сечения (рисунки 4.8 - 4.10).

Рисунок 4.8 - Зависимость Mu - μдля бетона В15

Рисунок 4.9 - Зависимость Mu - μдля бетона В30

Рисунок 4.10 - Зависимость Mu - μдля бетона В40

Как видно из рисунков 4.8-4.10 графики Mu- μявляются аффинноподобными.

Анализ данных графиков позволяет сделать вывод, что увеличение коэффициента армирования μдля трапециевидных балок с разной формой поперечного сечения, в пределах одного класса бетона и арматуры, не сильно влияет на форму графика. Следовательно, для исследования зависимости прочности и трещиностойкости от коэффициента армирования и класса арматуры достаточно будет провести анализ трапециевидных балок одинакового поперечного сечения.

Повторим численный эксперимент для данных балок с большим числом классов бетона. В качестве исследуемых балок, принимаем железобетонные балки типа ТР76 (рисунок 4.7).

Для анализа влияния процентного содержания арматуры на прочность и трещиностойкость будем использовать следующие данные:

Mu-момент на стадии разрушения;

Mcrc-момент на начальной стадии трещинообразования;

Mf18-значение момента при прогибеf=18 мм (1/250 от пролета); γrise- коэффициент прироста прочности;

где: Mui- разрушающий момент при μ=x;

Mu2- разрушающий момент при μ=x+0,5%;

yDR- коэффициент прироста момента при прогибеf=18 мм (1/250 от пролета). Данные численного исследования приведены в таблице Б.8 приложения Б.

На основании данных, приведенных в таблице Б.8, были построены диаграммы зависимости прочности от классов бетона, арматуры и коэффициента армирования μ(рисунки Б.1-Б.2 приложения Б).

По результатам исследования можно сделать следующие выводы:

- для бетона В15 увеличение коэффициента армирования выше 2% не приводит к существенному росту прочности. При μ≥ 1,5% арматуру А600 следует заменить на А500, а при μ ≥ 2% - на А400, т.к. влияние класса арматуры на прочность железобетонных элементов трапециевидного сечения при дальнейшем увеличении коэффициента армирования μнесущественно, что хорошо видно на рисунке Б2, а;

- для изгибаемых элементов, изготовленных из бетона класса В20, наиболее оптимальный коэффициент армирования находится в диапазоне 1,0­1,5%. Дальнейшее его увеличение выше 1,5% для арматуры классов А400, А500 приводит к несущественному приросту прочности.

Разница между разрушающими моментами для балок с коэффициентом армирования μ равным

1,5 и 2%, составила 25,22% и 19,28%, соответственно, для классов А400 и А500, а для арматуры класса А600 и вовсе 9,78%;

- анализ диаграммы, представленной на рисунке Б2, в, позволяет сделать вывод о необходимости замены арматуры классов А500 и А600 арматурой А400 при μ ≥ 2,5% и арматуры А600 - арматурой А500 при μ ≥ 2%;

- для элементов, изготовленных из бетона класса В25 и арматуры класса А400, коэффициент армирования желательно принять меньше 2.5%, для арматуры классов А500 и А600 - не выше 2%, т.к. дальнейшее увеличение μ не приводит к существенному росту прочности. При μ≥2.5% использование арматуры класса А600 становится нерациональным и её следует заменить на А500, а при μ≥3% влияние класса арматуры на деформативные и прочностные характеристики изгибаемых элементов становится незначительным, т.е. следует использовать арматуру класса А400;

- для бетона класса В40 при μ≥3.5% арматуру класса А600 следует заменить на А500, а при μ ≥ 4.5% использовать только класс А400;

- для арматуры А500 прирост прочности резко падает для бетонов классов В15, В25 и В40 при коэффициентах армирования выше 1,5%, 2% и 4%, соответственно;

- при использовании арматуры А600 для балок, выполненных из бетонов классов В15-В20, В25-В30 и В40, рост прочности затухает при коэффициентах армирования выше 1,5%, 2% и 3%, соответственно;

- для арматуры классов А400 и А500 оптимальные проценты армирования из условия прочности лежат в пределах 0,5-0,7%, 1, 1,5%, 1,5-1,7 и 2-2,5% для бетонов В15, В20, В25, В30 и В40, соответственно;

- для арматуры класса А600 оптимальные проценты армирования из условия прочности лежат в пределах 0,5-0,7%, 1-1,5% и 2-2,5% для бетонов В15, В25, В40, соответственно;

- влияние класса арматуры на деформативность исследуемых образцов становится незначительным при коэффициентах армирования выше 1% для бетона класса В15, 1.5% для бетонов классов В20 и В25, 2% и 2.5%, соответственно, для бетонов классов В30 и В40;

- следует отметить, что на трещиностойкость оказывают существенное влияние только класс бетона и коэффициент армирования, а класс арматуры не оказывает почти никакого влияния.

Анализ деформативности балок трапециевидного сечения.

Для анализа деформативности изгибаемых железобетонных элементов в качестве исследуемых балок были использованы балки 4-х типов, представленных на рисунке 4.7: 3 типа - балки трапециевидного сечения и 1 тип - эталонные образцы прямоугольного сечения. Коэффициент армирования, основываясь на предыдущих исследованиях, варьировался в пределах 1-3%, как наиболее оптимальный по прочности. В качестве арматуры использовались 2 типа арматуры: с физической площадкой текучести класса А500 и без нее класса А600. Площадь поперечной продольной арматуры Astдля всех балок принималась 11.1,

22.2 и 33.3 см2, что соответствует площади арматуры в прямоугольных балках с

176 коэффициентом армирования 1, 2 и 3%. Результаты исследования приведены в таблице Б.9 и на рисунках Б.3-Б.8 приложения Б.

На основании приведенных данных можно сделать следующие выводы:

- величины прогибов для балок прямоугольного сечения оказались выше, чем для балок трапециевидного сечения, за исключением балок В40А600 с коэффициентом армирования 1%;

- увеличение коэффициента армирования μприводит к росту разницы моментов между прямоугольными и трапециевидными балками в пользу последних;

- наибольшая разница между моментами, вызывающими прогиб 1/250 от длины пролета, составила 28,62 кН*м (19,8%) и оказалась между балками типов сечений БП и ТР 56 из бетона класса В40 и коэффициенте армирования μ=3%.

4.7

<< | >>
Источник: ОБЕРНИХИН Дмитрий Вячеславович. ШИРИНА РАСКРЫТИЯ ТРЕЩИН И ОСОБЕННОСТИ СОПРОТИВЛЕНИЯ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ ТРАПЕЦИЕВИДНОГО ПОПЕРЕЧНОГО СЕЧЕНИЯ. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Белгород 2019 г.. 2019

Еще по теме Исследование прочности, деформативности и трещиностойкости изгибаемых железобетонных элементов трапециевидного сечения:

  1. Алгоритмизация расчетов прочности, трещиностойкости и деформативности изгибаемых железобетонных элементов трапециевидного сечения
  2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ИЗГИБАЕМЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ РАЗЛИЧНЫХ ПОПЕРЕЧНЫХ СЕЧЕНИЙ ПО ПРОЧНОСТИ, ТРЕЩИНОСТОЙКОСТИ, ДЕФОРМАТИВНОСТИ И ШИРИНЕ РАСКРЫТИЯ ТРЕЩИН
  3. ЧИСЛЕННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЧНОСТИ, ТРЕЩИНОСТОЙКОСТИ, ДЕФОРМАТИВНОСТИ И ШИРИНЫ РАСКРЫТИЯ ТРЕЩИН В ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ БАЛКАХ ТРАПЕЦИЕВИДНОГО СЕЧЕНИЯ
  4. МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ РАСЧЕТА ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ БАЛОК ТРАПЕЦИЕВИДНОГО СЕЧЕНИЯ ПО ПРОЧНОСТИ, ТРЕЩИНОСТОЙКОСТИ, ДЕФОРМАТИВНОСТИ И ШИРИНЕ РАСКРЫТИЯ ТРЕЩИН
  5. Численные исследования прочности, трещиностойкости, деформативности и ширины раскрытия трещин в железобетонных балках различных поперечных сечений с одинаковыми габаритными размерами
  6. Расчеты изгибаемых железобетонных элементов применительно к трапециевидному сечению
  7. Трещиностойкость железобетонных балок трапециевидного сечения
  8. Деформативность железобетонных балок трапециевидного сечения
  9. Построение методики расчета прочности железобетонных балок трапециевидного сечения
  10. Результаты испытаний изгибаемых железобетонных балок различного поперечного сечения
  11. Методика расчета ширины раскрытия трещин железобетонных конструкций трапециевидного поперечного сечения