CC BY
43
СОПОСТАВЛЕНИЕ ОПЫТНЫХ И ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ЗНАЧЕНИЙ МОМЕНТОВ ТРЕЩИНООБРАЗОВАНИЯ СОСТАВНЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТУКЦИЙ
Горностаев Сергей Иванович
канд. техн. наук, доцент кафедры Промышленного и гражданского строителъства ФГБОУВПО «Юго-Западный государственныйуниверситет »,
г. Курск
Амелин Василий Юрьевич
бакалавр ФГБОУ ВПО «Юго-Западный государственный университет»,
г. Курск
E-mail: _ pgs_swsu@mail. ru
THE COMPARISON OF THE EXPERIMENTAL AND THEORETICAL VALUES OF MOMENTS OF CRACK FORMATION OF COMPOSITE REINFORCED CONCRETE CONSTRUCTIONS
Gornostaev Sergey Ivanovich
candidate of technical Sciences, associate professor of «Industrial and civil construction » of FSEIof HVT « South-West state University», Kursk
Amelin Vasiliy Yuryevich bachelor of FSEI of HVT « South-West state University», Kursk
Исследования выполнены при финансовой поддержке государства РФ в лице Минобрнауки в рамках ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009—2013 годы (мероприятие 1.5, Соглашение № 14.В37.21.1958)
АННОТАЦИЯ
Приведена сравнительная оценка теоретических и экспериментальных значений момента образования трещин в железобетонных составных конструкций. Расчёт выполнен с учетом относительного сосредоточенного сдвига в шве сопряжения элементов, неупругих свойств железобетона и других особенностей характерных для рассматриваемого класса конструкций.
ABSTRACT
The article presents a comparative assessment of value of the moment of formation of cracks composite reinforced concrete constructions. The calculation is made taking into account the relative shift in the seam conjugation elements, inelasticity properties of reinforced concrete and other features typical for considered class of constructions.
Ключевые слова: составные конструкции; образование трещин;
сосредоточенный сдвиг.
Keywords: composite structures; formation of cracks; concentrated shift.
Широкое применение составных железобетонных конструкций в различных, и в последние годы, все более сложных и ответственных сооружениях вызывает необходимость развития теории и совершенствования методов их расчета.
Помимо нового строительства, совершенствование составных конструкций связано и с проведением реконструкции зданий и сооружений, в процессе которой, как правило, часто возникает необходимость восстановления и усиления железобетонных элементов. Сегодня это направление в строительстве становится одним из важнейших в области исследования железобетонных конструкций.
Анализ конструктивных особенностей составных железобетонных элементов и швов контакта отдельных элементов показывает, что в местах сопряжений элементов происходит значительное изменение конструктивных характеристик и свойств материалов. Это, в свою очередь, влечет за собой концентрацию параметров напряженно-деформированного состояния в окрестности швов контакта и приводит к несовместности средних деформаций фибр, прилегающих к шву. Поэтому методы расчета, базирующиеся на гипотезе совместности деформаций старого и нового материалов, требуют соответствующей корректировки. До настоящего времени статические и конструктивные расчеты железобетонных конструкций усиливаемые наращиванием или подращиванием были основаны, как правило, на различных способах приведения к квазисплошному сечению и совместности деформаций в зоне шва. Это не в полной мере отражает реальное поведение железобетонного составного или сборно-монолитного элемента под нагрузкой и не позволяет оценить специфику их силового сопротивления и, как следствие, не в полной
мере обеспечивает их надежное проектирование.
В работах [3, 4] автором экспериментально получена полная картина напряженно-деформированого состояния в составных железобетонных балках при несовместных сосредоточенных деформациях в зоне шва сопряжения элементов, а предложенные теоретические зависимости для таких конструкций, позволили на порядок снизить дифференциальные уравнения, представленные в работе [6], без снижения строгости и точности решения.
В настоящей работе приведены результаты численного анализа момента трещинообразования в железобетонных составных балках, полученного путем отмеченных экспериментальных исследований учитывающих влияния неупругих деформаций в сжатой зоне бетона, податливости шва контакта в сопоставлении с теоретическими значениями, рассчитанными по методике [3].
Экспериментальные исследования проводились на образцах, размеры сечения и длины которых приняты достаточными для проведения необходимых измерений при испытаниях, с учетом возможности наблюдения за образованием и развитием трещин. Элементы образцов всех серий были изготовлены из бетонов различных классов, с различными модулями деформаций и связаны в единую, составную конструкцию с помощью поперечных стержней арматурного каркаса. Общий вид испытаний конструкций — представлен на рис. 1, а методика испытаний опытных конструкций приведена в работе [5].
Рисунок 1. Общий вид испытаний составных железобетонных балок
По результатам испытаний выполнен анализ фактического влияния неупругих деформаций в сжатой зоне при расчете выполненный по предложенной автором методике [3], с учетом изменения напряженно -деформируемого состояния сечений сборно-монолитных конструкций.
Величины моментов трещинообразования определены с использованием характеристик (табл. 1) и вычислены по напряжениям, установленным с учетом экспериментально замеренных эксцентриситетов Ыэсгс и с учетом
распределения деформаций по высоте поперечного сечения МДс.
Таблица 1.
Расчетные параметры сечений опытных конструкций балок
Серия, номер F 1 сп м2-10 усн мм усв мм Лсп м2-10 Fп м2-10 усп мм Ув мм ІП м2-10 Wo м2-1 Wт, *) 2 і а-6 м -10
образца -4 -8 -4 -8 0-6
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
АІ 1 67,92 30,9 31,3 199 137,2 73,9 96,6 3386 458 807
2 65,65 29,8 30,0 176 139,3 76,6 99,8 3730 487 850
3 69,53 30,2 30,5 194 145,3 77,0 101,2 3963 514 897
АС I 1У 66,75 30,0 30,1 181 - - - - - -
2С 66,35 30,0 30,0 180 - - - - - -
ЗУ 67,15 30,0 29,8 180 - - - - - -
А II 1 2 3 67,86 68,31 68,06 30,3 30.6 30.7 30.5 30,9 30.6 189 195 193 144.8 144.8 145,0 77.7 77.8 78,1 100,3 100.7 100.8 3938 3946 3972 506 507 508 891 894 898
АС II 1У 67,30 30,4 30,4 183 104,7 76,6 100,8 3788 495 866
2С 67,30 30,4 30,6 190 141,0 76,9 101,1 3831 498 870
ЗУ 67,30 30,4 30,2 186 140,2 76,0 100,0 3704 487 854
А III 1 67,5 30,4 30,6 190 147,0 78,0 98,4 3910 500 879
2 66,80 30,1 30,4 184 138,5 72,8 92,1 3209 440 777
3 67,65 30,0 30,3 185 152,0 80,1 100,9 4231 528 926
АС III 1У 66,85 30,0 30,2 183 - - - - - -
2С 67 30,1 30,4 185 - - - - - -
ЗУ 66,5 30,0 30,0 180 - - - - - -
1 2 3 69,74 30,9 31,3 202 147,2 76,6 96,8 3765 492 867
Ы 65,92 66,76 29,4 30,3 29,8 30,2 172 183 143,6 146,1 76.2 78.2 95,8 98,3 3645 3891 473 498 845 874
ВС I 1У 65,97 29,4 28,7 166 - - - - - -
2С 68,72 30,6 30,5 192 - - - - - -
ЗУ 66,82 29,7 29,7 175 - - - - - -
1 97,63 43,7 45,8 623 154,2 75,2 94,3 3562 474 832
ВП 2 94,5 42,8 44,9 976 152,1 75,6 95,9 3608 477 838
3 95,28 43,4 45,3 589 150,1 75,0 95,0 3485 464 814
ВС II 1У 95,8 43,7 45,3 597 - - - - - -
2С 95,62 43,4 45,2 592 - - - - - -
3У 94,78 43,3 44,9 580 - - - - - -
*) Wт — момент сопротивления приведенного сборно-монолитного сечения с учетом работы монолитного бетона в растянутой зоне
Согласно данным расчета, теоретические значения высоты сжатой зоны ( хсгс) для обоих случаев мало отличалось с изменением начальных параметров, и оказались близки к опытным значениям. С увеличением соотношения напряжений к призменной прочности <тм в бетоне сжатой зоны опытных
конструкций проявляются значительные пластические деформации. При одинаковых значениях начальных напряжений, действующих в сечении, проявление пластических деформаций больше у низких классов бетонов.
На рис. 2 приведены графики сопоставления опытных и теоретических значений моментов трещинообразования. Максимальные отклонения опытных и теоретических значений момента трещинообразования, вычисляемых по
методике [3] составили (для двух случаев при учете замеренных эксцентриситетов и распределении по деформациям) отклонения 7 и +5 % при достаточно малом коэффициенте вариации Су = 7.5%.
\ s от
\ I crc
McrC h 1,2 -
1
-0,9
\ г от
\ 1 crc
Mcrd 1,2 -
-0,9
-0,8 -
Серия образца и номер БО I ОБ I ПБ II БН II
1 2 1 2 1 2 1 2
Рисунок 2. Сопоставление экспериментальных и теоретических значений моментов трещинообразования для образцов четырех серий
Принимая во внимание, что предварительно -напряженных образцов в приведенных опытах было недостаточно для статистической обработки, были привлечены также опыты по исследованию сборно -монолитных преднапряженных балок [1]. Это не только расширило возможности анализа, но и повысило его достоверность.
Анализ фактического влияния неупругих деформаций в сжатой зоне при расчете также выполнялся по вышеописанному алгоритму и предложенной автором методики (пункты 2.1—2.3) с учетом изменения напряженно -деформируемого состояния сечений сборно-монолитных конструкций.
Необходимые расчетные параметры сведены в табл. 1
Приведены результаты сопоставления опытных расчетных значений моментов трещинообразования для составных железобетонных конструкций, в том числе преднапряженных, показало, что учет в методике расчета таких важных параметров, как относительный сосредоточенный сдвиг, неупругие деформации сжатого бетона, классов бетона, составляющих элементов сечения обеспечивает хорошее согласование опытных и расчетных данных.
Список литературы:
1. Абдель-Кадер Г.Ю. и др. Исследование напряженных сборно -монолитных балок. Реф. Информ. О законченных научно -исследовательских работах в вузах УССР.-К.: Высш. шк., 1977. — Вып. 12 — С. 15—16.
2. Бондаренко В.М. Расчетные модели силового сопротивления железобетона: Монография [Текст] / В.М. Бондаренко, В.И. Колчунов. — М.: АСВ, 2004. — 472 с.
3. Колчунов В.И. Напряженно-деформированное состояние железобетонных конструкций составного сечения до появления трещин [Текст] / В.И. Колчунов, С.И. Горностаев // Известия ОрелГТУ, науч. журнал, серия «Строительство и транспорт». — Изд. ОрелГТУ. — № 1, 2008. — С. 27— 31.
4. Колчунов В.И. Основные результаты экспериментальных исследований деформативности и трещиностойкости железобетонных конструкций составного сечения с преднапряженной рабочей арматурой [Текст] / В.И. Колчунов, Е.А. Скобелева, С.И. Горностаев // Сб. РААСН, М.: изд. МГТУ. — 2007. — С. 56—62.
5. Колчунов В.И., Скобелева Е.А., Горностаев С.И. Экспериментальные исследования трещиностойкости, деформирования и разрушения составных конструкций // Известия ОрелГТУ, науч.журнал, серия «Строительство». — Изд. ОрелГТУ. 1—2 (9—10), 2006. — С. 11—15.
6. Ржаницын А.Р. Составные стержни и пластинки [Текст] / Р.А. Ржаницын.
— М.: Стройиздат, 1986. — 316 с.
