CC BY
104
УДК 624.012.45:620.191/192
ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ПРИОПОРНЫХ УЧАСТКОВ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ БАЛОК ПРИ ДЛИТЕЛЬНОМ
ДЕЙСТВИИ НАГРУЗКИ
В.С. Дорофеев, профессор, д.т.н.,
В.М. Карпюк, приват-профессор, к.т.н.,
С.Ф. Неутов, доцент, к.т.н., В.П. Макарук, аспирант, ОГАСА
Аннотация. Приведена методика экспериментальных исследований прочности, жесткости и трещиностойкости приопорных участков изгибаемых железобетонных элементов при совместном длительном действии изгибающих моментов и поперечных сил.
Ключевые слова: наклонные сечения, поперечная сила, изгибающий момент.
Авторы книги [1] считают, что наибольшими перспективами с точки зрения простоты и ясности построения, а также совершенствования инженерных методов расчета прочности наклонных сечений железобетонных элементов обладает метод предельного равновесия А.А.Гвоздева и М.С. Бо-ришанского. Это положение закреплено в новом российском СНиП 52.01 [2] и готовящихся к изданию украинских Нормах [3]. В связи с пересмотром нормативной базы Украины авторы статьи [4] считают первоочередными задачами на ближайшее время поэтапное усовершенствование отдельных положений действующих Норм проектирования железобетона.
Следствием недостаточной изученности работоспособности наклонных сечений железобетонных конструкций явилось то, что при подготовке новых российских Норм пошли по пути их упрощения и, возможно, снижения точности прогноза. Так, из выражения для Qb в СНиП52.01 исчезли коэффициенты ф„ и ф/, присутствующие в аналогичном выражении для Qb в ныне действующем на Украине СНиП 2.03.01-84* (1985), а вместо дифференцированного значения ф42=1,5...2,0, ввели обобщенный коэффициент фЬ2=1,5.
Цель и постановка задачи
Исходя из изложенного, на кафедрах железобетонных и каменных конструкций, сопротивления материалов ОГАСА начаты системные исследования указанной проблемы [6]. В первых пяти сериях которых изучается напряженно-деформированное состояние обычных, предварительно напряженных, статически неопределимых железобетонных элементов постоянного и переменного по высоте сечения с учетом кратковременного
действия поперечных и продольных, внецентрен-но приложенных, сжимающих и растягивающих сил, а также крутящих моментов с использованием математической теории планирования эксперимента [7]. Анализ литературных источников показал, что исследуемые факторы могут влиять на функцию выхода, которая подчиняется нормальному закону распределения Г аусса, нелинейно и ее целесообразно аппроксимировать полиномом второй степени. Исходя из этого, опытные образцы всех первых пяти серий опытов (при кратковременном действии внешней нагрузки) изготавливаются по полному пятифакторному трехуровневому, близкому по свойствам к Д-оптимальному, плану типа На5, обеспечивающему одинаковую точность прогнозирования выходного параметра в области, описываемой радиусом, равным 1 (считая от «нулевой» точки).
В планируемой шестой серии опытов с учетом длительного действия поперечной нагрузки на железобетонные балки в качестве исследуемых выбраны те же факторы (табл. 1), что и в первой базовой серии, варьируемые на тех же уровнях.
Результаты исследований
Учитывая большую трудо- и материалоемкость планируемых экспериментальных исследований при длительном действии внешней нагрузки и больших ее значениях принято решение основные опыты выполнять на, так называемых, «нулевых» уровнях (табл. 2) базовой первой серии, что позволит выполнить корректное сравнение основных параметров работоспособности приопорных участков изгибаемых железобетонных элементов, качественно и количественно оценить влияние всех исследуемых факторов на эти параметры как при кратковременном, так и длительном действии нагрузки.
Исследуемые факторы применительно к основной серии I Уровни варьирования Интервал варьирования
Код Натуральные значения «-1» «0» «+1» Натуральные значения
Xi Относительный пролет среза, a/h0; 1 (17,5см) 2 (35,0см) 3 (52,5см) 1 (17,5см)
Х2 Класс бетона, В, мПа В15 В25 В35 10 мПа
Хз Коэффициент поперечного армирования, дw (Вр1) 0,0016 (203) 0,0029 (204) 0,0045 (205) -0,00145
Х4 Коэффициент продольного рабочего армирования, д* (А500С) 0,0129 (2012) 0,0176 (2014) 0,0230 (2016) -0,00505
Х5 Коэффициент продольного армирования сжатой зоны, д/ (А500С) 0,0058 (208) 0,0090 (2010) 0,0129 (2012) -0,00355
Таблица 2 План эксперимента и уровни внешней нагрузки
Марка балки План эксперимента при длительном действии нагрузки Уровни внешней нагрузки
№ опыта Натуральные значения факторов
a/ho В, мПа дш м* Ms'
1 2 3 4 5 6 7 8
17*д 17д-1 Qu
17д-2 3 В25 0,0029 0,0176 0,0090 0,95Qu
17д-3 0,90Qu
17д-4 0,85Qu
18д 18д-1 Qu
18д-2 1 В25 0,0029 0,0176 0,0090 0,95Qu
18д-3 0,90Qu
18д-4 0,85Qu
19д-1 Qu
19д 19д-2 2 В35 0,0029 0,0176 0,0090 0,95Qu
19д-3 0,90Qu
19д-4 0,85Qu
20д-1 Qu
20д 20д-2 2 В15 0,0029 0,0176 0,0090 0,95Qu
20д-3 0,90Qu
20д-4 0,85Qu
21д-1 Qu
21д 21д-2 2 В25 0,0045 0,0176 0,0090 0,95Qu
21д-3 0,90Qu
21д-4 0,85Qu
22д-1 Qu
22д 22д-2 2 В25 0,0016 0,0176 0,0090 0,95Qu
22д-3 0,90Qu
22д-4 0,85Qu
23д-1 Qu
23д 23д-2 2 В25 0,0029 0,0230 0,0090 0,95Qu
23д-3 0,90Qu
23д-4 0,85Qu
1 2 3 4 5 6 7 8
24д-1 Qu
24д 24д-2 2 В25 0,0029 0,0129 0,0090 0,95Qu
24д-3 0,90Qu
24д-4 0,85Qu
25д-1 Qu
25д 25д-2 2 В25 0,0029 0,0176 0,0129 0,95Qu
25д-3 0,90Qu
25д-4 0,85Qu
26д-1 Qu
26д 26д-2 2 В25 0,0029 0,0176 0,0058 0,95Qu
26д-3 0,90Qu
26д-4 0,85Qu
27д-1 Qu
27д 27д-2 2 В25 0,0029 0,0176 0,0090 0,95Qu
27д-3 0,90Qu
27д-4 0,85Qu
Примечание: * нумерация опытов принята в соответствии с планом основного эксперимента типа На5.
Опытные образцы шестой серии опытов представляют собой свободно опертые однопролетные балки прямоугольного сечения с размерами 1975 х 200 х 100 мм и расчетной длиной пролета l = 9h0 = 1575 мм, где h0- рабочая высота сечения, равная 175 мм. Балки армированны двумя плоскими каркасами с продольной нижней 2012, 14, 16А500С и верхней 208, 10, 12,А500С. Поперечная арматура на приопорных участках состоит из 203, 4, 5Вр1, устанавливаемых с шагом 88 мм, а на остальных участках - 206А240С. Длина пролета среза также варьируется: 1h0, 2h0, 3h0. Балки запроектированы так, чтобы обеспечить их разрушение по наклонным сечениям.
Для изготовления опытных образцов используется обычный тяжелый бетон класса В15, В25 и В35 на гранитном щебне фракций 5...10 мм, кварцевом песке с модулем крупности 1,5 а в качестве вяжущего - обычный портландцемент марки 400 без добавок. Прочность бетона в каждом опыте контролируется с помощью стандартных 12 кубов и 12 бетонных призм.
Для испытаний опытных образцов-балок запроектированы и изготавливаются 12 специальных силовых установок, способных создавать и поддерживать на необходимом уровне длительное действие нагрузки. Каждый опыт в этой серии дублируется 4 балками, нагружаемыми двумя сосредоточенными силами по общепринятой методике. При этом, первая балка будет доведена до разрушения кратковременно действующей нагрузкой, остальные три будут выдерживаться под нагрузкой, равной 0,95; 0,90 и 0,85 от разрушающей.
Перед изготовлением опытных балок на продольную растянутую и сжатую арматуру одного из двух плоских каркасов балки клеятся цепочки тензорезисторов КФ5П1-5-200 (с базой 5мм), с помощью которых будут определены продольные и поперечные силы, а также изгибающие моменты, воспринимаемые непосредственно арматурными стержнями.
Деформации бетона опытных образцов будут измеряться с помощью проволочных тензорезисто-ров с базой 20 и 50мм с их контролем индикаторами И1...8 часового типа (рис. 1) с ценой деления 1-10-3мм.
FÆ
Ф
N
$ ®rirri
&■
б)
Ï
\%\
150
_ I
\Щ
F/l in t
,r * » 1rft,
¥
I fSf
С
I® f
I I I I
f/ & *
F/2.
Рис. 1. Схема загружения, расстановки приборов и наклейки тензорезисторов в опытных балках VI серии с малым (а), средним (б), большим (в) пролетами среза
Вертикальные перемещения нижней грани балки будут измеряться посередине пролета, под сосредоточенными силами и на свободных краях образца с помощью индикаторов часового типа
Ш...5 с ценой деления i-i0 -2мм. Углы поворота опорной, приопорной и пролетных частей балки в ее плоскости будут определяться с помощью аналогичных индикаторов У-!...^, устанавливаемых на выносных консолях.
Выводы
Выполняемые исследования актуальны. Они позволят изучить особенности напряженно-деформированного состояния приопорных участков исследуемых балок при длительном действии нагрузки.
На основании анализа полученных данных, а также результатов других исследований будут внесены предложения по уточнению существующей нормативной методики расчета наклонных сечений изгибаемых железобетонных элементов с учетом длительного действия нагрузки.
Литература
1. Залесов А.С., Климов Ю.А. Прочность железо-
бетонных конструкций при действии поперечных сил. - К.: Будiвельник. i989. - i05 с.
2. Звездов А.И., Залесов А.С., Мухамедиев Т.А.,
Чистяков Е.А. О новых нормах проектирования железобетонных и бетонных конструкций // Бетон и железобетон. - 2002. - №2. -С.2 - 6.
3. Климов Ю.А. О разработке ДБН «Бетонные и
железобетонные конструкции. Нормы проектирования // Науч.-практ. пробл. современного железобетона / Сб. тезисов
первой Всеукр. научн.-техн. конф. - К.: НИ-ИСК, 1996. - С. 403-405.
4. Барзилович Д.В., Слюсаренко Ю.С., Бамбура
А.М. Тенденцп розвитку украшсько1 нормативно! бази проектування залiзобетонних конструкцш // Наук.-техн. пробл. сучасн. залiзобетону/ Зб. наук. праць. Книга 1. - К.: НД1БК. - 2003. - Вип. 59. - С. 30-33.
5. СНиП 2.03.01-84*. Бетонные и железобетонные
конструкции / Госстрой СССР. - М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1985. - 79с.
6. Дорофеев В.С. и др. О необходимости и поста-
новке системных экспериментальных исследований прочности, трещиностойкости и де-формативности приопорных участков изгибаемых железобетонных элементов, испытывающих сложные деформации, с целью уточнения и развития методов их расчета / Мiжвiдомчий наук.-техн. зб. наук. праць (будiвництво) / Держ. наук. досл. шст-т буд. к-цш Дуржбуду Украши (у 2 томах, том 2). - К.: НДБК. - 2005. - Вип. 62. - С. 160-167.
7. Вознесенский В.А. Статистические методы
планирования эксперимента в технико-экономических исследованиях. - 2 изд., испр. и доп. - М.: Финансы и статистика, 1981. -С. 215.
Рецензент: В.В. Филиппов, профессор, д.т.н., ХНАДУ.
Статья поступила в редакцию 4 сентября 2006 г.
