CC BY
30Доклады VI Академических чтений «Актуальные вопросы строительной физики»
ц м .1
Научно-технический и производственный журнал
УДК 624.072.221
А. Г. ТАМРАЗЯН, д-р техн. наук, советник РААСН, М.А. ОРЛОВА, инженер (orlovamaria_na@mail.ru)
Московский государственный строительный университет (129337, Москва, Ярославское ш., 26)
К остаточной несущей способности железобетонных балок с трещинами
Представлены результаты исследований несущей способности железобетонных балок с нормальными и горизонтальными трещинами. Приводятся экспериментальные и теоретические значения разрушающего изгибающего момента и степени снижения несущей способности балок с трещинами по сравнению с аналогичными без начальных дефектов. Предложен метод расчета остаточной прочности изгибаемых железобетонных элементов с трещинами, основанный на эмпирических коэффициентах. Дается сравнительный анализ экспериментальных данных и теоретических расчетов.
Ключевые слова: железобетонные балки, несущая способность, трещины.
A.G. TAMRAZYAN, Doctor of Sciences (Engineering), Professor, Councilor of RAACS, M.A. ORLOVA, Engineer (orlovamaria_na@mail.ru) Moscow State University of Civil Engineering (26, Yaroslavskoye Highway, 129337, Moscow, Russian Federation)
About Residual Bearing Capacity of Reinforced Concrete Beams with Cracks
Results of the study of bearing capacity of reinforced concrete beams with normal and horizontal cracks are presented. Experimental and theoretical values of the breaking bending moment and levels of reducing the bearing capacity of beams with cracks in comparison with analogous beams without cracks are given. A method for calculating the residual strength of bending elements with cracks based on empiric coefficients is proposed. A comparative analysis of experimental data and theoretical calculations is given.
Keywords: reinforced concrete beams, bearing capacity.
В железобетонных конструкциях в процессе изготовления, транспортирования, монтажа и эксплуатации могут возникнуть различные дефекты и повреждения, такие как нормальные трещины в растянутой зоне и локальные горизонтальные трещины в бетоне сжатой зоны. Причинами повреждений могут являться: нарушение технологии изготовления или нормальных условий эксплуатации конструкций, изменение структуры бетона вследствие температурных воздействий или коррозии, возникающей при воздействии жидких или агрессивных сред, а также нарушение условий транспортировки и монтажа.
Определение остаточной несущей способности таких элементов является актуальной задачей и связано с оценкой прочности материалов [1].
Для установления влияния дефектов на остаточную несущую способность изгибаемых железобетонных элементов были изготовлены и испытаны пять серий балок, имеющих нормальные трещины в растянутой зоне (серии 1, 2, 3, 4, 9), шесть серий балок, имеющих горизонтальные трещины в сжатой зоне (серии 5, 13, 14, 17, 18, 19), а также две серии балок, имеющих как горизонтальные, так и нормальные трещины (серии 6, 9). Опытные образцы отличаются между собой прочностью бетона, степенью армирования сечений и параметрами трещин. Одновременно с балками, имеющими трещины, были изготовлены и испытаны балки без дефектов, имеющие аналогичные армирование, прочность бетона и геометрические размеры (серии 7, 8, 11, 12, 15, 16, 20). Балки изготовлены из тяжелого бетона различной прочности на сжатие В5, В14, В35, В50 [2]. Диаметр рабочей растянутой арматуры 14 и 20 мм. Общий вид каркаса представлен на рисунке.
Опытные образцы испытывались на изгиб статической нагрузкой до разрушения, как однопролетные шарнирно опертые балки, нагруженные двумя сосредоточенными силами [2].
Экспериментальные данные представлены в таблице в виде относительного момента М^/М^, где Ми1 - разрушающий момент балки с трещинами; М1ей - разрушающий момент аналогичной балки без дефектов.
Анализ результатов испытания позволяет судить о степени влияния различных типов трещин и их параметров на несущую способность балок. В результате испытаний установлено, что несущая способность железобетонных балок, имеющих трещины, снижается в различной степени в зависимости от количества, вида и параметров начальных трещин, при этом оказывают влияние процент армирования сечения и прочность бетона на сжатие. При увеличении прочности бетона и степени армирования сечения влияние начальных трещин на остаточную несущую способность балок уменьшается [3].
Проведенные эксперименты позволили разработать инженерный метод расчета остаточной несущей способности железобетонных изгибаемых элементов с трещинами. Остаточную прочность по бетону сжатой зоны балок с нормальными трещинами в растянутой зоне предлагается вычислять по формуле:
<(0= к,с
*
(1)
Л/я-А (О
где h(t) - средняя высота нормальной трещины; kv - эмпирический коэффициент, определяемый по интерполяции в зависимости от суммарной длины нормальных трещин ~Llcr, количества нормальных трещин n, высоты сечения балки h и процента армирования сечения ц.
Научно-технический и производственный журнал
-------ЖИЛИЩНОЕ ---
СТРОИТЕЛЬСТВО
Reports of the VI Academic reading "Actual issues of building physics"
КП - 1 (КП - 2)
010
2 014
2 020
10 540 400 540 ->> 10
"10 ж. 2 2 25
\ Ж •-
\
N Р 1
25 1 7x70=490 2 450 7x70=490 25
1480
2 - 2
20
1 - 1
60
20
0 5 /
для КП1 25
для КП2 22
Схема армирования опытных балок
Сравнение экспериментальных данных и теоретических расчетов
Серия Характеристики материалов Несущая способность
Диаметр рабочей арматуры d, мм Rb, МПа Экспериментальные значения МЦ^ц, МПа M„it / Mft,,, Теоретические значения M^f, МПа
1 14 37 30,04 0,885 28
3 20 37 48 0,984 47,1
4 14 37 29,12 0,86 27,03
5 20 37 46,13 0,95 45,2
6 20 37 47,5 0,973 46
9 14 19 26,6 0,82 25,09
10 20 19 39,7 0,92 39,3
13 14 4 9,75 0,975 8,9
14 20 4 20 0,95 19,03
Остаточную прочность по бетону сжатой зоны балок с горизонтальными трещинами в сжатой зоне предлагается вычислять по формуле:
Rbit)=
чс
■к
(2)
где - суммарная длина горизонтальной трещины; кн - эмпирический коэффициент, определяемый по интерполяции в зависимости от суммарной длины горизонтальных трещин £/„., количества горизонтальных трещин
по высоте сжатой зоны п и длины зоны чистого изгиба балки I.
К1С - критический коэффициент интенсивности напряжений, характеризующий сопротивление бетона распространению трещин [4], определяется по формуле:
К1С=кй-Кы,8ег-у[с^~, (3)
где к0=4 - эмпирический коэффициент [5]; с18 - максимальный диаметр крупного заполнителя; В-ы^ег - сопротивление бетона осевому растяжению.
6'2015
33
Доклады VI Академических чтений «Актуальные вопросы строительной физики»
ц м .1
Научно-технический и производственный журнал
Сравнение экспериментальных данных и теоретических расчетов показало хорошую сходимость результатов. В таблице приведены средние по серии значения экспериментального разрушающего момента и результаты теоретических расчетов, выполненных с использованием эмпирических коэффициентов МЦ'.
Для защемленных балок в зданиях каркасного типа, а также плит перекрытий перераспределение жестко-стей элементов с трещинами имеет большое значение для оценки фактической надежности зданий с дефектными элементами [6].
Анализ результатов экспериментальных исследований и теоретических расчетов показал, что трещины в железо-
бетонных изгибаемых элементах оказывают влияние на их напряженно-деформированное состояние. Несущая способность балок с трещинами ниже, чем у аналогичных балок без дефектов на 2-18%, в зависимости от прочности бетона, степени армирования сечения, типа и параметров трещин. Теоретические значения несущей способности балок с трещинами, вычисленные по инженерному методу, основанному на использовании эмпирических коэффициентов, ниже экспериментальных данных в среднем на 4%. Следовательно, проведенные экспериментальные исследования балок с трещинами подтверждают верность теоретических расчетов по предлагаемой методике оценки остаточной прочности изгибаемых железобетонных элементов с дефектами.
Список литературы
References
1. Тамразян А.Г., Филимонова Е.А. Метод поиска резерва несущей способности железобетонных плит перекрытий // Промышленное и гражданское строительство. 2011. № 3. С. 23-25.
2. Орлова М.А. Испытания железобетонных балок с начальными трещинами. Ч. 1. Постановка и проведение эксперимента // Жилищное строительство. 2010. № 8. С. 39-42.
3. Орлова М.А. Испытания железобетонных балок с начальными трещинами. Ч. 2. Результаты эксперимента // Жилищное строительство. 2010. № 9. С. 38-42.
4. Пересыпкин Е.Н., Шевцов С.В. Расчет изгибаемых железобетонных элементов с учетом сопротивления бетона распространению трещин. Известия Сочинского го-суд. ун-та. 2011. № 1. С. 106-115.
5. Пересыпкин Е.Н. Расчет стержневых железобетонных элементов. М.: Стройиздат, 1988. 168 с.
6. Тамразян А.Г. Особенности работы высотных зданий // Жилищное строительство. 2004. № 3. С. 19-20.
Tamrazyan A.G., Filimonova E.A. Method of search of a reserve of the bearing ability of ferroconcrete plates of overlappings. Promyshlennoe i grazhdanskoe stroitel'stvo. 2011. No. 3, pp. 23-25. (In Russian). Orlova M.A. Test of reinforced concrete beams with cracks Part 1. Organization and conduct of experiment. Zhilishchnoe Stroitel'stvo [Housing Construction]. 2010. No. 8, pp. 39-42. (In Russian). Orlova M.A. Test of reinforced concrete beams with cracks Part 2. Results of experiment. Zhilishchnoe Stroitel'stvo [Housing Construction]. 2010. No. 9, pp. 38-42. (In Russian). Peresypkin E.N., Shevtsov S.V. Calculation of the bent reinforced concrete elements taking into account the concrete resistance to distribution of cracks. Izvestiya Sochinskogo gosud. un-ta. 2011. No. 1, pp. 106-115. (In Russian). Peresypkin E.N. Raschet sterzhnevykh zhelezobetonnykh elementov. [Calculation of rod ferroconcrete elements]. M.: Stroiizdat, 1988. 168 p. Tamrazyan A.G. Features of work of high-rise buildings. Zhilishchnoe Stroitel'stvo [Housing Construction]. 2004. No. 3, pp. 19-20. (In Russian).
2
5.
