Результаты испытаний изгибаемых железобетонных балок различного поперечного сечения

Все экспериментальные образцы в ходе испытания были доведены до разрушения. Самую большую нагрузку (39,82 кН), как и предполагалось, смогли выдержать балки серии БП (прямоугольные).

Рисунок 3.20 - Внешний вид балок серии БП после разрушения

Самые низкие прочностные характеристики оказались у балок трапециевидного сечения серии БТРН (широкая нижняя грань), средняя разрушающая нагрузка которых составила 37,619 кН, что на 5,53% меньше чем у эталонных балок серии БП. Характер разрушения данных балок был аналогичен балкам серии БП. В зоне чистого изгиба происходило развитие нормальных трещин, их рост, после чего возникал выкол бетона в сжатой зоне. Внешний вид балок после разрушения серии БТРН приведен на рисунке 3.21.

Самые высокие прочностные характеристики после балок серии БП, показали балки трапециевидного сечения серии БТРВ. Средняя разрушающая нагрузка этих балок составила 39,482 кН, что меньше на 0,85% от разрушающей нагрузки балок серии БП, и на 4,72% выше, чем у балок БТРН. Внешний вид разрушенных балок БТРВ приведён на рисунке 3.22.

Рисунок 3.21 - Внешний вид балок после разрушения серии БТРН

Рисунок 3.22 - Внешний вид балок после разрушения серии БТРВ

После балок серии БТРВ по прочностным характеристикам следуют балки серии БТ (тавровые). Их средняя разрушающая нагрузка составила 38,847 кН, что на 2,44% и 1,61%, соответственно, ниже, чем у балок БП и БТРВ.

Прочностные характеристики балок, полученные в ходе экспериментальных исследований, приведены в таблице 3.5. Помимо разрушающей нагрузки в таблице также приведены разрушающие моменты, полученные косвенным путем, исходя из схемы нагружения, приведенной на рисунке 3.5.

Рисунок 3.23 - Внешний вид балок после разрушения серии БТ

В ходе экспериментального исследования на всех этапах испытания балок фиксировались изменения деформаций сжатой и растянутой зон бетона, а также растянутой арматуры. Контроль за величиной деформаций осуществлялся как механическими приборами- индикаторы часового типа с ценой деления 0,001 мм на базе 200 мм, так и тензорезисторами с базой 120 мм и 10 мм для бетона и арматуры, соответственно. Несмотря на разные базы измерения показания тензорезисторов и механических индикаторов имеют незначительные отклонения, что свидетельствует о равенстве относительных деформаций бетона в одном и том же волокне по всей длине зоны чистого изгиба испытываемых балок.

Таблица 3.5 - Прочностные характеристики экспериментальных балок

Все это позволило построить диаграммы распределения относительных деформаций по высоте поперечного сечения балок на всех этапах нагружения (Приложение А, рисунки А.

Анализируя характер распределения относительных деформация на диаграммах (Приложение А, рисунки А.1-А.4), можно говорить о линейном характере распределения деформаций в нормальном сечении как на начальных стадиях, так и на стадиях, предшествующих разрушению.

Для оценки деформативности также фиксировались значения величины прогибов на каждом этапе вплоть до разрушения. Значения величин прогибов на стадии разрушения экспериментальных образцов были получены с помощью видео аппаратуры. Значения прогибов для соответствующей нагрузки приведены в приложении А. На основании этих таблиц были построены опытные диаграммы «M-f»(момент - прогиб), приведенные на рисунках 3.24-3.27.

Рисунок 3.24 - Опытные диаграммы «M-f»Для образцов марки БП

Рисунок 3.25 - Опытные диаграммы «M-f»для образцов марки БТ

Рисунок 3.26 - Опытные диаграммы «M-f»для образцов марки БТРВ

Рисунок 3.27 - Опытные диаграммы «M-f»для образцов марки БТРН

Исходя из полученных опытных диаграмм видно, что на начальных этапах нагружения балок, до появления первой трещины, диаграммы «M-f»имеют линейный характер. По мере приближения к разрушающей нагрузке величина прогиба начинает возрастать практически без увеличения нагрузки. Величины нагрузок и прогибов на всех этапах нагружения исследуемых балок приведены в приложении А.

Для сравнения прогибов, а также трещиностойкости исследуемых балок, была составлена таблица 3.6, содержащая значения величин прогибов при контрольных нагрузках 16 кН, 24 кН и 32 кН.

Таблица 3.6 - Результаты испытаний железобетонных балок

На основании результатов, представленных в таблице 3.6, можно сделать следующие выводы:

- как и ожидалась, наибольшая трещиностойкость оказалась в балках прямоугольного сечения (БП), для которых средняя величина нагрузки трещинообразования составила 7,44 кН;

- для всех балок трапециевидного сечения появление первой трещины происходило при существенно меньших нагрузках по сравнению с образцами серии БП. Так, для балок серии БТРВ среднее значение нагрузки трещинообразования составило 5,04 кН, что на 32,25% меньше, чем у образцов серии БП.

- при фиксированных нагрузках 16,0 кН, 24,0 кН и 32,0 кН прогибы трапециевидных балок серии БТРВ по сравнению с образцами прямоугольного сечения оказались больше, соответственно, на 10,78%, 1,65% и 4,62%. Прогибы у балок серии БТРН при тех же фиксированных нагрузках увеличились, соответственно, на 36,48%, 24,28% и 32,02% по отношению к эталонным образцам прямоугольного сечения, что объясняется более ранним началом процесса трещинообразования в растянутой зоне бетона балок трапециевидного сечения с нижней широкой гранью;

- для балок серии БТ нагрузка трещинообразования составила 4,65 кН, что на 37,5%, 7,74% и 11,09% ниже, чем, соответственно, у балок серий БП, БТРВ и БТРН;

- при нагрузках 16 кН, 24 кН и 32 кН прогибы балок серии БТРВ оказались ниже, чем у балок БТ на 7,17%, 5,49 и 16,12%. При дальнейшем увеличении нагрузки разница между прогибами при фиксированных величинах нагрузки становится все больше и на стадии, предшествующей разрушению, прогибы балок БТ становятся больше на 31,75%, чем у балок БТРВ. Это обуславливается тем, что у балок БТРВ процесс трещинообразования затухает, и при дальнейшем увеличении нагрузки происходит увеличение высоты и ширины раскрытия существующих трещин. У балок серии БТ процесс трещинообразования затухает намного позже, что приводит к образованию гораздо большего количества трещин на поздних стадиях нагружения, чем у балок серии БТРВ.

Для определения характера трещинообразования для всех балок на каждом этапе фиксировалось появление новых трещин, изменение высоты существующих

127 трещин, а также ширины раскрытия трещин, по которым предполагалось разрушение экспериментальных образцов.

Появление трещин определялось не только визуально, но и с помощью приборов. Так при появлении новой трещины в любой части балок можно было наблюдать резкий скачок стрелок прогибомера. Если трещина образовывалась в зоне измерения деформаций, то заметно было резкое возрастание показаний приборов.

На основании данных, полученных в ходе эксперимента, были построены схемы расположения трещин на поверхности балок (Приложение А, рисунки А.5- А.8) и составлена таблица 3.7 с усредненными значениями ширины раскрытия трещин у различных балок при одинаковых значениях нагрузки.

Таблица 3.7 - Результаты испытаний железобетонных балок

На основании данных, представленных в таблице 3.7, можно сделать следующие выводы:

- при нагрузке 34 кН наименьшая средняя ширина раскрытия трещин (0,28 мм) оказалась у балок трапециевидного сечения с верхней широкой гранью, наибольшая же оказалась у балок таврового сечения (0,43 мм);

- на начальных этапах нагружения (до 16 кН) ширина раскрытия трещин у всех балок сопоставима, но уже при нагрузке 24кН, ширина раскрытия трещин в балках БП и БТРН становится выше, чем в балках БТРВ и БТ.

- при дальнейшем увеличении нагрузки, вплоть до 32 кН данная тенденция сохраняется. Однако при нагрузке 34 кН в балках серии БТ можно наблюдать резкий скачок увеличения ширины раскрытия трещин, среднее значение которых составляет 0,43 мм, что на 53,57% и 16,22% выше, чем для балок серии БТРВ и БТРН, соответственно;

- образцы серии БТРН достигают предельного значения ширины раскрытия трещин при кратковременной нагружении (0,3 мм) уже при нагрузке 30 кН. Для образцов серии БП данная нагрузка сопоставима и составляет 31 кН. Балки серии БТ достигают предельного значения ширины раскрытия трещин при нагрузке, превышающей 32 кН, в то время как в образцах серии БТРВ предельная ширина достигается при нагрузке выше 34 кН;

- для образцов БТРВ и БТРН прослеживается тенденция плавного роста значений ширины раскрытия трещин. Причем на поздних этапах нагружения, можно наблюдать уменьшение прироста ширины раскрытия нормальных трещин, расположенных в середине пролета, в то время как общее количество трещин увеличивается, т.е. процесс трещинообразования протекает почти на всех этапах нагружения. Для балок серии БП при нагрузке приблизительно 50% от разрушающей процесс трещинообразования затухает, и при дальнейшем росте нагрузки увеличивается ширина раскрытия существующих трещин, а новые трещины, как правило, не возникают.

3.5