Испытания железобетонных колонн малоцикловой нагрузкой Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

УДК 666.972

ИСПЫТАНИЯ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОЛОНН МАЛОЦИКЛОВОЙ

НАГРУЗКОЙ

В.В. Кажарский

В статье приводятся результаты неупругой работы железобетонных колонн при знакопеременной циклической нагрузке. Полученные в результате испытаний величины коэффициентов податливости, поглощения энергии и неупругого сопротивления железобетона могут быть использованы в расчетах на динамические воздействия, включая расчеты по обеспечению сейсмостойкости сооружений.

Ключевые слова: испытания, малоцикловая нагрузка, неупругое сопротивление, податливость, петля гистерезиса.

TESTING REINFORCED CONCRETE COLUMNS BY MEANS OF

LOW^YCLE LOADING

V.V. Kazharskiy

Some results of nonelastic work regarding reinforced concrete columns are presented in the article of "Testing Reinforced Concrete Columns by means of Low -Cycle Loading" in terms of alternating -sign periodical loading. The resulting values obtained on testing, those of yeilding factors, energy absorption, and nonelastic reinforced concrete resistance can be used in calculations regarding dynamical impacts, including calculations to provide for seismic stability of constructions.

Key words: testing, low-cycle load, nonelastic resistence, yeilding, hysteresis loop.

Сильные землетрясения, как правило, вызывают неупругие деформации в железобетонных конструкциях зданий и сооружений. Поэтому важно знать характер неупругой работы железобетонных элементов, включая коэффициент податливости и нелинейную зависимость между изгибающими моментами и кривизнами.

Испытания проводились на колоннах каркаса серии 1.120с. Образцы загружались знакопеременной статической нагрузкой на стенде (рис.1) с помощью домкратов ДГ-50.

Размеры поперечного сечения колонн 400 х 400 мм, длина 3000 мм. Армирование симметричное по 2025 А400. Процент армирования 1,22.

Прочность бетона к моменту испытаний составляла 30-33 МПа.

Нагружение образцов производилось плавным увеличением нагрузки до расчетного момента, соответствовавшего достижению в растянутой арматуре условного предела текучести. В процессе нагружения измерялись деформации на уровне продольной арматуры и перемещения консольных свесов образцов.

После выдержки под контрольной нагрузкой и стабилизации показаний приборов образцы плавно разгружались, производилась перестановка домкрата и нагружение в обратном направлении. Продолжительность цикла нагружения составляла 30-40 минут.

Количество циклических нагружений от 3 до 5 циклов приводило к полному разрушению образцов, когда относительные деформации арматуры составляли более 5 % или отмечалось раздробление бетона сжатой зоны при относительных деформациях бетона более 0,5 % (рис. 5).

Рис. 1. Стенд для испытания колонн при нижнем и верхнем расположении домкратов

Результаты испытаний контрольной колонны представлены на графиках (рис. 2-4).

Отмечается, что при первом цикле загружения остаточные (пластические) деформации растянутой грани почти в пять раз больше деформаций сжатой грани. При изменении направления нагрузки трещины соединяются с ранее образовавшимися, резко увеличивая пластические деформации элемента. Повторные циклы загружения приводят к выравниванию остаточных деформаций (см. рис. 2). Приведенный график (рис. 3) прогибов консольной части колонны показывает увеличение ширины петли гистерезиса от 10 мм до 30 мм и 80 мм соответственно для первого, второго и третьего циклов.

Наиболее обобщенной и информативной характеристикой развития пластических деформаций конструкции является кривизна изогнутой оси, определяемая как отношение приращений относительных деформаций растянутой и сжатой зоны к высоте сечения:

Р

еъ +

h

Сопоставляя перемещения верха колонны при упругой работе и перемещения с учетом пластических деформаций, получаем поправочный коэффициент - к или коэффициент податливости. Коэффициент податливости можно рассматривать при максимальной нагрузке как отношение максимального перемещения к перемещению в предположении упругой работы элемента

k =

Полученные на графиках (рис. 3 и 4) площади петли гистерезиса дают значение энергии, поглощаемой за один цикл нагружения в необратимой форме. Отношение этой энергии к работе упругих сил позволяет определить коэффициент поглощения энергии

ш = или коэффициент неупругого сопротивления железобетона V = .

Ж 2п

Предварительный анализ результатов испытаний показал, что с увеличением циклов загружения увеличивается площадь кривой гистерезиса и коэффициент пластичности (вели-

чина обратная значению понижающего коэффициента), что затрудняет оценку контрольных величин. Кроме того, в нормах нет четких определений, касающихся величин предельных состояний при развитии пластических деформаций в конструкциях. По результатам испытаний предварительные величины коэффициентов для последних циклов загружения составили:

коэффициент податливости k = 3-3,12

коэффициент поглощения энергии у = 0,28-0,5, соответственно у = 0,04 до 0,08.

График "нагрузка - деформации"

Рис. 2. Деформации нижней и верхней грани колонны

График "нагрузка - прогиб"

колонна

Рис. 3. Прогибы консольной части колонны при повторно-переменных циклах загружения

Рис. 5. Разрушение колонны при нагрузке 100 кН после трех циклов загружения

СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ

Кажарский Виталий Владимирович, кандидат технических наук, доцент кафедры «Строительные конструкции», Иркутский государственный технический университет, тел.: (3952) 40-51-37

Kazharskiy V.V., Candidate of Technical Sciences, associate professor, Building Constructions Department, Irkutsk State Technical University, tel.: (3952) 40-51-37