Исследование влияния продольного обжатия на прочность стенки двутавровых железобетонных элементов при действии поперечных сил Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

Арутюнян, A.C. Киселев, A.C. Киселев, В.Н. Медведев, В.Ф. Стрижов, А. Н. Ульянов: препринт ИБРАЭ № IBRAE-2005-03. М, 2005.

4. Рекомендации по наблюдениям за напряженным состоянием защитный оболочек АЭС с реактором ВВЭР-1000. НИС Гидропроекта. М., 1987.

Институт проблем безопасного развития атомной энергетики, г. Москва

19 июля 2006 г.

УДК 624.072.2:539.4

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПРОДОЛЬНОГО ОБЖАТИЯ НА ПРОЧНОСТЬ СТЕНКИ ДВУТАВРОВЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ПРИ ДЕЙСТВИИ

ПОПЕРЕЧНЫХ СИЛ

© 2007 г. А.Р. Абдуллаев, \Г.С. Алиев , М.М. Батдалов

Несущая способность тонкостенных железобетонных элементов (балки, колонны таврового, двутаврового и т. п. сечений) с развитыми полками и значительной поперечной арматурой при действии поперечных сил исчерпывается в результате разрушения (раздробления) бетона стенки между наклонными трещинами.

Известно, что на прочность стенки кроме геометрических размеров существенное влияние оказывают пролет среза, процент поперечного армирования, угол наклона хомутов, класс бетона [1—3]. Однако до настоящего времени недостаточно изучено влияние на прочность стенки продольных сжимающих сил.

Проведенными нами ранее исследованиями [4, 5] на двутавровых балках с поперечным армированием | ж = 1,5 % установлено, что с увеличением степени продольного обжатия а ¡/Rb до 0,3—0,4, прочность стенки балок при приложении продольной силы с эксцентриситетом е0Л=0,375^ = 12 см в сторону растянутой от изгиба грани повышается на 25—30 %, по сравнению с прочностью балок без обжатия, а прочность стенки балок при центральном приложении продольной силы существенно не изменяется.

С целью уточнения характера и величины влияния продольных сжимающих сил на прочность стенки железобетонных элементов при различных эксцентриситетах их приложения и уров-

нях обжатия, нами проведены дополнительные экспериментальные исследования.

Для проведения эксперимента быши изготовлены балки двутаврового сечения из тяжелого бетона. Основные геометрические размеры и конструктивные параметры всех опытных образцов были приняты одинаковыми. Длина балок составляла 296 см, высота сечения— h=35 см, ширина полок — Ь =22,5см, толщина стенки— Ь = 5 см.

п ' ' ст

Балки имели продольное и поперечное армирование. Продольная арматура нижних полок состояла из 4 0 16А—500, верхних полок 4 0 16А— 400, поперечное армирование по длине балки 2 0 6А—300, с шагом 8 см.

Опытные образцы формовались в металлических сборно-разборных формах, в которые устанавливались заранее изготовленные арматурные каркасы. Уплотнение бетона осуществлялось с помощью глубинного и площадочного вибраторов. Вместе с балками изготовлялись по 3 куба размерами 15 х 15 х 15 см и 3 призмы— 10 х 10 х 40 см к каждой балке, для определения прочности бетона.

Все балки после набора прочности в естественных условиях были испытаны на специальной установке по приведенным на рис. 1 схемам. Расстояние между опорами при испытании балок бышо принято 8^ = 256 см.

ещ = 0

N

е, = 0,375h0

N

£on = 0,19ho

N

TT 7Г

2 00

л

I_i

3 ho

£

£

2 ho

3 ho

ST

иг

eoN = o

N

= o, 375ho . N

2 oo

^on = o,19ho

N

Рис. 1. Схемы испытания опытных образцов

Поперечную силу на образцы передавали через траверсу в виде двух симметрично расположенных сосредоточенных грузов с плечом среза а=3^ = 96 см, а продольное сжимающее усилие прикладывали через силовую раму, которая устанавливалась на образцы как по центру тяжести приведенного сечения (е =0), так и с эксцентриситетами е =0,19^=6 см в сторону растянутой от изгиба грани и е0ЛГ =0,375^=12 см в сторону сжатой от изгиба грани. Отношение продольных сил к поперечным (N/Q) изменялось от нулевых значений (балки без обжатия) до N/Q = 4.

Для замера деформаций поперечной и продольной арматуры, а также прогибов на опытные образцы устанавливались индикаторы часового типа ИЧ-2 и ИЧ-10.

Характеристики и результаты испытания опытных образцов приведены в табл. 1. Испытания показали, что продольное обжатие железобетонных элементов существенно отражается на характере образования и развития трещин. Усилие образования первых наклонных трещин зависит от соотношения N/Q: чем выше уровень обжатия продольными силами, тем выше усилие образования первых наклонных трещин. Так, в балках с N/¿=1; 2, Qт =(0,2-0,25) Qраз, а в балках с N/¿=3; 4, ¿1р=(0,Т3-0,4^раз. С возрастанием величины продольной сжимающей силы количество наклонных трещин в зоне действия поперечных сил сокращается, а средний угол их наклона уменьшается. Так, если в балках без продольного обжатия средний угол наклона трещин составляет 42°-43°, то с увеличением соотношения N/Q от 1 до 4 он уменьшается от 40° до 33°. Нормальные трещины в необжатых балках появились почти одновременно с наклонными, по

сравнению с обжатыми, где характер их образования и развития менялся в зависимости от соотношения N/Q и эксцентриситета приложения продольной силы. В обжатых балках при центральном приложении продольной силы и N/Q =1; 2 нормальные трещины в зоне чистого изгиба появились одновременно с наклонными, а при N/Q =3; 4 — немного позже. При приложении продольной силы с эксцентриситетом в сторону растянутой от изгиба грани и N/¿=1; 2 нормальные трещины появились позже наклонных, а при N/¿=3; 4 не образовались вообще. В балках при приложении продольной силы с эксцентриситетом в сторону сжатой от изгиба грани нормальные трещины образовались одновременно с наклонными при N/¿=1; 2 и раньше, чем наклонные при N/¿=3. Нормальные трещины в нижней полке балок без обжатия доходят до опор, а в балках с обжатием при изменении соотношения N/Q от 1 до 4 не доходят до опор на расстояние 0,5^-1^.

По показаниям индикаторов, установленных на поперечной арматуре, были определены возникающие в ней напряжения, которые оказались различными по длине балки. В местах действия сосредоточенных сил они равны нулю, а по мере удаления от них постепенно увеличиваются и на расстоянии примерно 0,5^-1^, принимают максимальные значения. С увеличением степени продольного обжатия напряжения в поперечной арматуре заметно уменьшаются.

Все опытные образцы балок разрушились вследствие раздробления бетона стенки в зоне действия поперечных сил без видимых признаков разрушения полок, при этом напряжения в поперечной и продольной арматуре не достига-

Таблица 1

Характеристики и результаты испытаний опытных образцов

Серия Шифр опытных образцов Эксцентриситет прод. силы e0N, СМ N/Q Поперечное армирование Ц™, % Геометрич. размеры Прочность бетона Кь, мПа Q, кН h0 -о -о К са -о а: 6

Ьст, СМ h0, см

1 БД-1-3 - 0 1,48 5,1 32,2 22,2 118 0,324 0

БД-1-3д 0 1,46 5,2 32,0 20,8 115 0,332 0

2 БД-Шо-3.1 0,0 1,0 1,46 5,2 32,0 22,0 125 0,341 0,117

БД-Шо-3.2 2,0 1,43 5,3 32,0 22,2 125 0,332 0,232

БД-Ш0-3.3 3,0 1,46 5,2 32,0 20,8 120 0,347 0,353

БД-Шо-3.4 4,0 1,43 5,3 32,0 22,4 120 0,316 0,441

3 БД-ШГ3.1 -6,0 1,0 1,46 5,2 32,2 20,5 125 0,364 0,123

БД-ШГ3.2 2,0 1,43 5,3 32,0 21,0 130 0,365 0,253

БД-ШГ3.3 3,0 1,46 5,2 32,0 20,8 132 0,381 0,388

БД-ШГ3.4 4,0 1,46 5,2 32,0 20,2 118 0,351 0,472

4 БД-Ш2-3.1 + 12,0 1,0 1,46 5,2 32,0 22,4 115 0,310 0,105

БД-Ш2-3.2 2,0 1,52 5,0 32,3 21,8 110 0,312 0,207

БД-Ш2-3.3 3,0 1,46 5,2 32,0 19,6 100 0,307 0,309

ли предела текучести. На рис. 2 показана зависимость относительной прочности стенки балок от степени продольного обжатия при различных эксцентриситетах приложения продольной силы по результатам настоящих, а также ранее проведенных нами экспериментальных исследований [1, 2].

д/яььн0

0,4

0,3 0,2 0,1

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 аь/Кь

Рис. 2. Зависимость относительной прочности стенки двутавровых балок от степени продольного обжатия: 1 - при е0М = — 0,375^; 2 - при е0М = 0 (консольные балки); 3 - при е0ЛГ = — 0,19^;

4 - при ет = 0; 5 - при еш = + 0,375^

Как видно из рис. 2 и данных табл. 1, при увеличении степени продольного обжатия а Ъ/Яь до уровня 0,3-0,4 относительная прочность стенки двутавровых железобетонных балок по сравнению с прочностью необжатых балок повышается на 5-6 % при эксцентриситете приложения продольной силы е0М = 0 и на 15 % при эксцентриситете приложения продольной силы еш = 6 см в сторону растянутой от изгиба грани. При приложении продольной силы с эксцентриситетом е0М =12 см в сторону сжатой от изгиба грани прочность стенки балок уменьшается на 5-6 %.

Полученные нами результаты с учетом результатов экспериментальных исследований, проведенных ранее [4, 5], позволяют сделать следующие выводы:

1. Характер и величина влияния продольного обжатия на прочность стенки зависят от степени продольного обжатия а Ь/ЯЬ и эксцентриситета

приложения продольной силы ет относительно центра тяжести приведенного сечения элемента.

2. С увеличением степени продольного обжатия а Ь/Яь до 0,3-0,4 относительная прочность стенки балок:

- существенно повышается в случае приложения продольной силы с эксцентриситетом в сторону растянутой от изгиба грани, повышается не существенно или не изменяется при центральном обжатии;

- снижается при приложении продольной силы с эксцентриситетом в сторону сжатой от изгиба грани.

3. При уровнях обжатия а Ь/Яь выше 0,4 независимо от эксцентриситета приложения продольной силы происходит снижение прочности стенки железобетонных элементов.

Литература

1. Маилян Р. Л., Алиев Г. С., Залесов А. С. Прочность бетона стенок двутавровых балок между наклонными трещинами // Бетон и железобетон. 1980. № 5. С. 36-38.

2. Алиев Г. С. , Аваев Н. М. Экспериментальные исследования зависимости прочности стенок двутавровых железобетонных балок от длины зоны среза // Актуальные вопросы строительства: научно-тема-тич. сб. Махачкала, 1995. С. 29-34.

3. Алиев Г. С., Аваев Н. М., Абдуллаев А. Р. Влияние количества поперечной арматуры на прочность стенки двутавровых железобетонных балок при действии поперечных сил // Актуальные вопросы строительства: научно-тематич. сб. Махачкала, 2004. С. 39-45.

4. Алиев Г. С. , Абдуллаев А. Р. Экспериментальные исследования влияния продольного обжатия на прочность стенки двутавровых железобетонных элементов // Технические науки: вестник ДГТУ. Махачкала, 2000. Вып. 4. С. 266-269.

5. Алиев Г. С. , Абдуллаев А. Р. Прочность стенки железобетонных элементов при совместном действии поперечных и продольных сил обжатия // Расчет и проектирование железобетонных конструкций: сб. статей. Ростов н/Д: РГСУ, 2004. С. 101-106.

о • Г—«Dii; -- /3 • * А ч

X *——__ * 2

Дагестанский государственный технический университет,

г. Махачкала 30 октября 2006 г.