CC BY
54
УДК 624.012.41
I. I. КИРПА, П. О. ПШ1НЬКО (Д11Т)
ДОСЛ1ЖДЕННЯ НАПРУЖЕНО-ДЕФОРМОВАНОГО СТАНУ ЗАЛ1ЗОБЕТОННОГО ЗГИНАЛЬНОГО ЕЛЕМЕНТА, АРМОВАНОГО ЗВИЧАЙНОЮ АРМАТУРОЮ, З УРАХУВАННЯМ ЗМ1Н № 1 ДО СНиП 2.03.01-84*
У статп наведено результати експериментально-теоретичного дослiдження напружено-деформованого стану залiзобетонного згинального елемента, армованого звичайною арматурою, з урахуванням Змiн № 1 до СНиП 2.03.01-84*. Бетоннi та залiзобетоннi конструкцiï.
В статье представлены результаты эксперементально-теоретического исследования напряженно-деформированного состояния железобетонного изгибаемого элемента, армированного обычной арматурой, с учетом Изменений № 1 к СНиП 2.03.01-84*. Бетонные и железобетонные конструкции.
This article presents the results of experimental-and-theoretical research of stressed-and-strained state of flexible ferro-concrete structural member provided with the conventional steel reinforcement and subjected to bending as per Modification № 1 to SNiP (construction regulations) 2.03.01-84*. Concrete and ferro-concrete structural members.
Вступ
Найбшьш поширеними елементами з^зо-бетонних конструкцш е згинальш елементи, напружено-деформований стан яких е об'ектом постшно! уваги наукових дослщжень.
За наказом Держкоммiстобудiвництва Укра-!ни вiд 31 жовтня 1995 р. № 211 з 1 сiчня 1996 р. на територii Украши введенi в дiю Зм> ни № 1 до СНиП 2.03.01-84* «Бетонные и железобетонные конструкции» (вид. 1989 р.), яю передбачають змши розрахунку бетонних та затзобетонних конструкцiй за другою групою граничних сташв.
В рядi випадкiв розрахунок залiзобетонних конструкцiй за другою групою граничних сташв е домiнуючим. 1з впровадженням змiн ви-ник штерес до реалiзацii розрахункiв з урахуванням СНиП 2.03.01-84*.
Мета дослщжень
Порiвняння результатiв визначення напру-жено-деформованого стану за СНиП 2.03.01-84* до прийняття Змiн № 1 i пiсля при-йняття Змiн № 1 однопрогонового згинального елемента (балки), який вшьно опираеться на двi опори, вiд дп короткочасних силових та дефор-мацшних навантажень з результатами експери-ментальних дослiджень зразкiв, виготовлених з бетошв рiзних класiв, якi мають однаковi про-центи та схеми армування.
Результати дослiджень
Для досягнення поставленоi мети було проведено аналiз лiтературних джерел, використа-но матерiали наукових дослiджень та проведено експеримент.
Експериментальш зразки являли собою згинальш елементи, яю вiльно опираються на двi опори за схемою, що показана на рис. 1.
Для проведення дослiджень був прийнятий згинальний елемент розмiрами 150х75х1300 мм.
Рис. 1. Схема експериментального дослщження згинального елемента
Експериментальний згинальний елемент був запроектований за конструкцшними вимогами i армований каркасом Кр-1, який показаний на рис. 2.
© Кирпа I. I., Пшшько П. О., 2009
Риа 2. Cxeмa Rapxacy Kp-1 для apмyвaння eкcпepимeнтaльнoгo згинaльнoгo eлeмeнтa
Для пiдвищeння кopeктнocтi викoнaння e^-пepимeнтaльнo-тeopeтичниx дocлiджeнь бyлo визнaчeнo ocнoвнi фiзикo-мexaнiчнi xapa^ep^ cтики виxiдниx мaтepiaлiв:
- як в'яжyчe для вигoтoвлeння eкcпepимeн-тaльниx зpaзкiв бyлo викopиcтaнo nopraa^roe-мeнт мapки М400 виpoбництвa Kpивopiзькoгo цeмeнтнoгo зaвoдy. Для якoгo лaбopaтopним шляxoм бyлo визнaчeнo aктивнicть цeмeнтy;
- пicoк для вигoтoвлeння eкcпepимeнтaль-ниx зpaзкiв бyлo викopиcтaнo звичайний pi4rn-вий, для якoгo бyлo визнaчeнo нacтyпнi xapa^ тepиcтики: cepeдня гycтинa пicкy, нacипнa гу^ тина пюку, зepнoвий cклaд i мoдyль кpyпнocтi пicкy;
- щeбiнь для пpoвeдeння дocлiджeнь викopиc-тaнo граштний, для якoгo бyлo визнaчeнo наету-пнi xapaктepиcтики: cepeдня гycтинa щeбeню, нacипнa гycтинa щeбeню i шго зepнoвий cклaд. Нaйбiльшoю фpaкцieю щeбeню бyлa фpaкцiя 20 мм, а найбшьший зaлишoк cпocтepiгaвcя на crni з дiaмeтpoм oтвopiв 10 мм, щo cклaв 72 % вщ зaгaльнoï кiлькocтi щeбeню на crnax;
- apмaтypa для пpoвeдeння eкcпepимeнтaльниx дocлiджeнь викopиcтaнa нacтyпнa: 0S A500C - як poбoчa apмaтypa poзтягнyтoï зoни i 0б A240C - як кoнcтpyктивнa i пoпepeчнa apмaтypa. Для rope^-нocтi пpoвeдeння eкcпepимeнтaльнo-тeopeтичниx дocлiджeнь бyлo визнaчeнo xapaктepиcтики apмa-тypи, за cтaндapтнoю мeтoдикoю на poзpивнiй мaшинi УГ20/2;
- для вигoтoвлeння eкcпepимeнтaльниx зpa-зкiв бyлo викopиcтaнo бeтoни piзниx клaciв. Зpaзки 6ули пoдiлeнi на тpи cepiï: зpaзки cepiï Б1, Б2 та БЗ. Для кoжнoï cepiï вигoтoвлялиcя нacтyпнi зpaзки: бeтoннi куби (для кoнтpoлю мiцнocтi бeтoнy); бeтoннi ^изми (для визна-чeння мoдyлю пpyжнocтi i дeфopмaцiй ycaдки бeтoнy) i бeзпocepeдньo caм згинальний eлe-мeнт. Зpaзки oднieï cepiï вiд зpaзкiв iншoï cepiï вiдpiзнялиcя cклaдoм бeтoнy, а caмe йoгo В/Ц, ane пpи цьoмy мали oднaкoвy pyxливicть OK piвнy 10 cм. ^лади бeтoнiв бyлo визнaчeнo вiдпoвiднo ГОСТ 2700б-8б. «^eTOmi. Пpaвилa
пoдбopa отстава».
За ocнoвний cклaд бeтoнy був ^ийнятий poзpaxyнкoвий cклaд для бeтoнy Б20, cклaд якoгo був визнaчeний за дoпoмoгoю мeтoдy аб-coлютниx oб'eмiв. Згiднo poзpaxyнкy цeй бeтoн мав В/Ц = 0,бЗ7 i гоказник OK = 10 cм. Цeй бe-тoн був ^ийнятий для eкcпepимeнтaльнoгo зpaзкa cepiï Б1.
Для зpaзкiв cepiй Б2 та БЗ бyлo пpийнятo бeтoни iз змeншeним В/Ц, aлe для зaбeзпeчeння нeoбxiднoï лeгкoyклaдaльнocтi, тoбтo OK, дo cклaдy бeтoнiв бyлo дoдaнo пластифшуючу дo-бавку ПЛЕП^. Для бeтoнy cepiï Б2 бyлo ^и-йнято кiлькicть дoбaвки ПЛЕП-C у poзмipi 1 % вiд кiлькocтi цeмeнтy в бeтoннiй cyмiшi. Для бeтoнy cepiï БЗ бyлo пpийнятo кшькють дoбaв-ки у poзмipi 1,5 % вщ кiлькocтi цeмeнтy в бe-тoннiй cyмiшi. Cклaди бeтoнiв були визнaчeнi eкcпepимeнтaльнo з викopиcтaнням мeтoдy no-cтyпoвиx нaближeнь.
Екcпepимeнтaльнe випpoбyвaння зpaзкiв бу-лo зд^^то на мexaнiчнoмy npeci, як гоказаш на pиc. З.
Риc. З. Bипpoбyвaння eкcпepимeнтaльнoгo згинaльнoгo eлeмeнтa
Bипpoбyвaння згинaльниx зpaзкiв пpoвoди-лocя за cтaндapтнoю мeтoдикoю. Елeмeнт був вшьш oпepтий на двi oпopи i cимeтpичнo зава-нтaжeний двoмa етлами. Для визнaчeння дeфo-pмaцiй nporn^ згинaльнoгo eлeмeнтa вiд нава-нтaжeння в зoнi чиcтoгo згину на бoкoвиx гра-няx eкcпepимeнтaльнoгo зpaзкa бyлo poзмiщeнo iндикaтopи гoдинникoвoгo типу ^icyp^.
Нaвaнтaжeння eкcпepимeнтaльниx зpaзкiв згинaльниx eлeмeнтiв здiйcнювaли cтyпeнeвo, збiльшyючи нaвaнтaжeння на 1,5 кН. Пicля то-жнoгo cтyпeня нaвaнтaжeння бpaвcя вщлш дe-фopмaцiй пpoгинy балки, яю були зaнeceнi в табл. 1 (випpoбyвaння згинaльнoгo зpaзкa cepiï Б1), табл. 2 (випpoбyвaння згинaльнoгo зpaзкa cepiï Б2) i табл. З (випpoбyвaння згинaльнoгo зpaзкa cepiï БЗ).
Таблиця значень прогину балки Б1 в1д прикладеного до неТ навантаження
Навантаження на балку, кН В1дл1к деформацш прогину
Значення прогину за першим деформометром, мм Значення прогину за другим деформометром, мм Середне значення прогину, мм
0 0 0 0
1,50 0,26 0,23 0,245
3,00 0,56 0,61 0,585
4,50 0,89 0,82 0,855
6,00 1,31 1,22 1,265
7,50 1,69 1,58 1,635
9,00 2,13 1,97 2,05
10,50 2,61 2,42 2,515
12,00 2,89 2,67 2,78
13,50 3,14 2,88 3,01
15,00 3,77 3,41 3,59
16,50 4,50 4,0 4,25
18,00 5,23 4,59 4,91
19,50 5,99 5,25 5,62
Таблиця 2
Таблиця значень прогину балки Б2 в1д прикладеного до неТ навантаження
Навантаження на балку, кН Ввдлж деформацш прогину
Значення прогину за першим деформометром, мм Значення прогину за другим деформометром, мм Середне значення прогину, мм
0 0 0 0
1,50 0,51 0,51 0,51
3,00 0,79 0,81 0,80
4,50 1,07 1,11 1,09
6,00 1,38 1,45 1,415
7,50 1,67 1,77 1,72
9,00 1,92 2,05 1,985
10,50 2,17 2,31 2,24
12,00 2,40 2,58 2,49
13,50 2,68 2,86 2,77
15,00 3,01 3,19 3,10
16,50 3,33 3,53 3,43
18,00 3,77 4,01 3,89
19,50 4,20 4,45 4,325
Таблиця значень прогину балки БЗ ввд прикладеного до не'1 навантаження
Haвaнтaжeння Biдлiк дeфopмaцiй пpoгинy
на балку, kH Знaчeння npora^ за пepшим дeфopмoмeтpoм, мм Знaчeння пpoгинy за дpyгим дeфopмoмeтpoм, мм CepeA^ знaчeння npora^, мм
0 0 0 0
1,50 0,30 0,3б 0,33
3,00 0,б7 0,S0 0,735
4,50 0,93 1,11 1,02
б,00 1,22 1,4S 1,35
7,50 1,б7 1,90 1,7S5
9,00 2,11 2,31 2,21
10,50 2,50 2,72 2,б1
12,00 2,S2 3,05 2,92
13,50 3,24 3,45 3,345
15,00 3,73 3,95 3,S4
1б,50 4,05 4,27 4,1б
1S,00 4,2S 4,50 4,39
19,50 4,53 4,72 4,б25
Пюля визнaчeння пpoгинy eкcпepимeнтaль-ниx зpaзкiв бyлo пoбyдoвaнo дiaгpaми зaлeжнo-cтi пpoгинy зpaзкiв вщ пpиклaдeнoгo дo ниx нaвaнтaжeння фиа 4, 5 i б).
лo викoнaнo згiднo CHиП 2.03.01-S4* за мщню-тю згинaльниx зpaзкiв.
Риа 4. Дiaгpaмa зaлeжнocтi пpoгинy згинaльнoгo eлeмeнтa cepiï Б1 ввд пpиклaдeнoгo ao нeï нaвaнтaжeння
З ycix тpьox дiaгpaм виднo, щo pyйнyвaння eкcпepимeнтaльниx зpaзкiв вiдбyлocя на npo-мiжкy нaвaнтaжeння вiд 19,5 ao 21 kH, цe шд-твepджeнo aнaлiтичним poзpaxyнкoм, який бу-
Pиc. 5. Дiaгpaмa зaлeжнocтi npora^ згинaльнoгo eлeмeнтa cepiï Б2 вщ пpиклaдeнoгo ao нeï нaвaнтaжeння
Аналгтичш poзpaxyнки бaлoк за гpaничними станами Apyroï гpyпи, а caмe з визнaчeння npo-гину, були витанат з ypaxyвaння Змiн № 1 ao CHиП 2.03.01-S4* i бeз ypaxyвaння Змiн, з на-ступним пopiвнянням peзyльтaтiв.
Poзpaxyнкoвa фopмyлa для визнaчeння ^иви-зни eкcпepимeнтaльнoгo згинальшго eлeмeнтa з
урахуванням Змш № 1 до СНиП 2.03.01-84*:
1 = М-у.
1 2 - А ■Е.' (Ас - х)'
де М - розрахунковий згинальний момент;
у. - коефщент, що враховуе роботу бетону на дшянках з трiщинами (визначаеться за СНиП);
2 - вщстань вщ центру ваги арматури А. (робочоi арматури) до точки прикладення рiв-нодiючоi зусиль у стиснутiй зош перерiзу над трiщиною;
А. - площа робочоi арматури; Е. - модуль пружносп арматури; х - висота стиснуто!' зони.
Рис. 6. Д1аграма залежносп прогину згинального елемента сери Б3 ввд прикладеного до не! навантаження
Рис. 7. Схема напружено-деформованого стану згинального елемента
Розрахункова формула для визначення кривизни експериментального згинального елемента без урахування Змш № 1 до СНиП 2.03.01-84* :
1
М
У.
Уь
Е. - А. (Ф/ + £) - Ь - Н0 - Еь-V
де М - розрахунковий згинальний момент;
у. - коефщент, що враховуе роботу розтя-
(1) гнутого бетону на дшянках з трщинами (визначаеться за СНиП);
уь - коефщент, що враховуе нерiвномiр-нють розподшу деформацш крайнього стиснутого волокна, по довжиш дшянки з трщинами (визначаеться за СНиП);
Ф/ - коефщент для таврового перерiзу
(в даному випадку = 0);
- вiдносна висота стиснуто! зони бетону; Н0 - робоча висота перерiзу; г - вiдстань вщ центру ваги арматури А. (робочо! арматури розтягненоi зони) до точки прикладення рiвнодiючоi зусиль у стиснутш зонi перерiзу над трiщинами;
Еь - модуль пружносп бетону; Е. - модуль пружностi арматури; Ь - ширина перерiзу; Е. - площа робочо! арматури; V - коефщент, що характеризуе пружно-пластичний стан бетону стиснуто! зони (визна-чаеться за СНиП).
За методом, наведеним у роботах професора Я. Д. Лiвшиця, були визначеш деформаци прогину балки вщ впливу усадки бетону.
Результати, отримаш пiд час експеримента-льно-теоретичних дослщжень, занесенi в таб-лицю порiвняння результатiв (табл. 4).
Загальш висновки статтi
Аналiз i сшвставлення отриманих результа-тiв пiдтверджують необхщшсть здiйснювати розрахунки згинальних елементiв за гранични-ми станами друго! групи тiльки з урахуванням Змiн № 1 до СНиП 2.03.01-84*. ^м того, результати експериментально-теоретичних досл> джень даноi роботи вказують на те, що при проектуванш залiзобетонних конструкцiй урахування впливу деформацш усадки мае бути обов'язковим.
1. Результати розрахунку експерименталь-них зразюв за граничними станами першоi групи (за мщшстю) практично сшвпали з результатами експерименту.
2. Розрахунок згинальних елеменпв за граничними станами друго! групи (визначення деформацш прогину), що наведений в Змш № 1 до СНиП 2.03.01-84*, забезпечуе зменшення деформацш, порiвняно з розрахунками за СНиП
(2) 2.03.01-84*, що переконливо доведено в данш статп.
Порiвняльна таблиця основних результат експериментально-теоретичних досл1джень
Сер1я зразкш Найменування характеристик
§ ^ кет й ю 1 £ ес Мщтсть згинального елемента, кН Прогин згинального елемента, мм
Теоретична Експериментальна (пром1жок навантаження, тд час якого вщбулося руйнування згинального елемента) Теоретичний Експеримен-тальний
З урахуванням Змш Вщ усадки бетону Без ураху-вання Змш до СНиП
Б1, В/Ц = 0,637; ОК = 10 см 19,248 20,594 19,5-21,0 3,84 0,076 5,31 5,62
Б2, В/Ц = 0,55 + 1 % ПЛКП-С; ОК = 10 см 33,261 21,118 19,5-21,0 3,77 0,049 5,24 4,33
Б3, В/Ц = 0,51 + 1,5% ПЛКП-С; ОК = 10 см 36,934 21,186 19,5-21,0 3,65 0,036 5,05 4,625
3. При однакових схемах i процентах арму-вання експериментальних зразкiв на !х несучу здатшсть несуттево впливае мiцнiсть бетону у визначених межах.
4. Високий рiвень трщиностшкосп показали балки, виготовлеш з бетону iз низьким пока-зником В/Ц вiдношення, при використанш добавки ПЛКП-С.
Розрахунок згинальних елементiв за грани-чними станами друго! групи з урахуванням Змш № 1 дозволяе отримати бшьш економiчнi конструкцп за рахунок зменшення площi робо-чо! арматури i площi перерiзу залiзобетонного елемента.
Б1БЛЮГРАФ1ЧНИЙ СПИСОК
1. Змша № 1 до СНиП 2.03.01-84* [Текст]. - К.: Буд1вництво Укра!ни. - 1995. - № 6; 1996. -№ 1; 1996. - № 3.
2. СНиП 2.03.01-84*. Бетонные и железобетонные конструкции [Текст]. - М., 1989.
3. ДСТУ 3760:2006. Прокат арматури для зал1зобетонних конструкцш [Текст]. - К.: Дер-жспоживстандарт, 2007.
4. ДБН В.1.2-2:2006. Навантаження 1 впливи. Норми проектування [Текст]. - К.: Мшбуд Укра!ни, 2006.
5. ГОСТ 10180-90. Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам [Текст]. -М.: ЦИТП, 1990.
6. ГОСТ 8735-88. Песок для строительных работ. Методы испытаний [Текст]. - М., 1989.
7. ДСТУ Б В.2.7-71-98. Щебшь 1 гравш з щшьних прських порвд 1 ввдход1в промислового вироб-ництва для буд1вельних робгг. Методи ф1зико-мехашчних випробувань [Текст]. - К., 1999.
8. Поправка до ДСТУ Б В.2.7-71-98 [Текст]. - К., Держбуд Укра!ни, 2004.
9. Улицкий, И. И. Железобетонные конструкции (расчет и конструирование) [Текст]. - 3-е изд., перераб. и доп. / под. ред. И. И. Улицкого. - К.: Буд1вельник, 1972.
10. Кл1мов, Ю. А. Сучасш методи розрахунку зал1зобетонних конструкцш за граничними станами друго! групи [Текст] : навч. поабник / Ю. А. Кл1мов. - К.: Редакцшно-видавничий в1ддш КНУБА, 2001.
11. Дворк1н, Л. Й. Бетони 1 буд1вельш розчини [Текст] : тдручник / Л. Й. Дворкш, О. Л. Дворкш. - К.: Основа, 2008.
12. Лившиц, Я. Д. Расчет железобетонных конструкций с учетом влияния усадки и ползучести бетона [Текст] / Я. Д. Лившиц. - К.: Вища шк., 1976.
Надшшла до редакци 18.03.2009.
Прийнята до друку 26.03.2009.
