CC BY
9УДК 624.072
О.В. Снежкина, Э.В. Егинов, Р.А. Ладин
ВЛИЯНИЕ ВЕРТИКАЛЬНЫХ ХОМУТОВ НА ПРОЧНОСТЬ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ БАЛОК
В статье приведены результаты экспериментально -теоретических исследований железобетонных балок при действии поперечных сил. Определена эффективность влияния вертикальных хомутов в приопорных зонах железобетонных балок в зависимости от места их расположения по длине пролета среза.
Ключевые слова: железобетонные балки, оценка влияния поперечной арматуры, прочность, схемы разрушения и трещино-образования.
На современном этапе развития экономики в строительной отрасли стремительно развиваются новые направления, связанные со свободными архитектурными решениями. В сложившейся ситуации возникает острая необходимость в развитии методов расчета, составляющих основу автоматизированных программ проектирования, обоснованных экспериментальными исследованиями, т.к. одним из главенствующих требований, предъявляемым к строительным конструкциям является их надежность. Совершенствование существующих и создание новых методов расчета несущих элементов строительных конструкций с целью повышения их надежности является приоритетным направлением. Актуальность данных исследований определяется несовершенством методов расчета железобетонных балок. В нормативных документах в настоящее время отсутствуют рекомендации по оценке прочности полос бетона, расположенных между наклонными трещинами в изгибаемых элементах, отражающих действительную работу железобетонных элементов (расчет указанных полос осуществляется на основе эмпирической зависимости, не реагирующей на изменение ряда основных факторов).
На кафедре "Строительные конструкции" ПГУАС произведены натурные и численные экспериментальные исследования с целью усовершенствования ранее разработанной каркасно-стержневой модели (КСМ) [1] при увеличении пролета среза a/h0 до 3 при изменении схем распределенного армирования. Построение расчетных моделей основывается на копировании характера трещинообразования и схем разрушения, а также на закономерностях изменения разрушающих усилий в зависимости от различных факторов.
Основной акцент данных исследований направлен на выявление эффективности влияния вертикальных хомутов в приопорных зонах железобетонных балок в зависимости от их места расположения по длине пролета среза [2,3,4].
Опытные образцы железобетонных балок проектировались прямоугольного сечения с размерами 15х30 см2 с пролетом среза a/h0 =3 (рис.1). Бетон принимался класса В-15, арматура класса А-III. Все образцы коротких балок имели одинаковое количество растянутой продольной и распределенной арматуры: As=11,62 см2, Asw=1,42 см2. Конструктивное решение исследуемых балок и схема испытаний показана на рис. 1. Особенностью конструктивного решения является завышенное количество продольной арматуры с целью исключения разрушения по растянутой зоне. В данной серии испытаний изучалось влияние расположения замкнутого хомута (пакета хомутов) относительно оси опоры на: прочность, характер напряженно-деформированного состояния, характер трещинообразования опытных образцов.
Характер напряженно-деформированного показал, что основную роль в сопротивлении железобетонных балок при действии поперечных сил играют главные сжимающие и растягивающие напряжения. Особенностью распределения траекторий главных сжимающих напряжений является их концентрация в пределах двух условных наклонных сжатых полос бетона, ори-
© Снежкина О.В., Егинов Э.В., Ладин Р.А., 2014.
Вестник магистратуры. 2014. № 12(39). Том I
ISSN 2223-4047
ентированных на ось физической опоры балок, а также на ось, условно говоря, "податливой" промежуточной опоры, образуемой узлом сопряжения пакета вертикальных хомутов с продольной арматурой [5, 6, 7].
Рис. 1. Схема нагружения опытных образцов. Конструктивное решение.
Выявлено, что при перемещении пакета хомутов (одного замкнутого хомута) вдоль пролета среза угол наклона главных сжимающих напряжений изменяется пропорционально перемещению хомутов. В зоне расположения хомутов концентрируются растягивающие напряжения. Траектории наклонных трещин, выделяющих сжатые полосы бетона, и определяют их ширину.
Испытания показали, что разрушающие усилия увеличиваются с уменьшением расстояния от оси опоры балки до оси единичного замкнутого вертикального хомута (либо пакета хомутов), т.е. увеличивается прочность наклонной полосы бетона, расположенной над опорой балки. Одновременно прочность наклонной полосы, расположенной между условной опорой (узлом сопряжения пакета хомутов с продольной арматурой) увеличивается и становится максимальной при расположении указанных хомутов в середине пролета среза. Характерно, что при этом степень увеличения и степень снижения разрушающей силы является примерно одинаковой.
Определена эффективность вертикальных хомутов в приопорных зонах железобетонных балок в зависимости от места их расположения по длине пролета среза. Одиночные хомуты (либо пакет хомутов) наиболее эффективно повышают прочность приопорного участка балки при их расположении вдоль поперечной оси балки, проходящей через середину пролета среза.
Для учета указанного эффекта производилась модификация известных стержневых расчетных моделей для оценки прочности приопорных участков длинных балок. Модификация основывалась на основе характера напряженно-деформированного состояния балок в зоне среза (полученного на основе физического и численного экспериментов) и состояла во введении в расчетную модель условной промежуточной опоры, образуемой узлом сопряжения одиночного вертикального хомута (либо пакетов хомутов) с продольной арматурой учитывался.
Библиографический список
1. Баранова, Т.И. Моделирование работы коротких железобетонных балок / Т.И. Баранова, Ю.П. Скачков, О.В. Снежкина, Р.А. Ладин // Вестник Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии. - 2014. - № 2 (36). - С. 54-60.
2. Баранова, Т.И. Гармонизация методов расчета железобетонныхбалок с различным пролетом среза / Т.И. Баранова, О.В. Снежкина // Вестник Отделения строительных наук Российской академии архитектуры и строительных наук. - 1998. - № 2. - С. 41.
3. Снежкина, О.В. Расчет прочности железобетонных балок со средним пролетом среза / О.В. Снежкина, М.В. Кочеткова, А.В. Корнюхин, Р.А. Ладин // Региональная архитектура и строительство. -2014. - № 1. - С. 118-122.
4. Шеин, А.И. Расчет монолитных железобетонных каркасов с учетом последовательности возведения, физической нелинейности и ползучести бетона / Строительная механика и расчет сооружений. -2012.- № 5. - С. 64-69.
5. Ладин, Р.А. Характер напряженно-деформированного состояния коротких железобетонных балок, армированных хомутами / Р.А. Ладин, О.В. Снежкина, М.В. Кочеткова, А.В. Корнюхин // Новый университет. Серия: Технические науки. - 2013. - № 10 (20). - С. 51-54.
6. Шеин, А.И. Влияние физической нелинейности бетона на напряженно-деформированное состояние элементов монолитных железобетонных рам, рассчитываемых с учетом истории нагружения / А. И. Шеин, О.Б. Завьялова// Промышленное и гражданское строительство. - 2012. - № 8. - С. 29-31.
7. Ладин Р.А. Оценка прочности коротких железобетонных балок / Р.А. Ладин, О.В. Снежкина, М.В. Кочеткова // Вестник магистратуры. - 2014. - № 4-1 (31). - С. 69-71.
СНЕЖКИНА Ольга Викторовна - кандидат технических наук, доцент кафедры «Математика и математическое моделирование», Пензенский государственный университет архитектуры и строительства.
ЕГИНОВ Эван Викторович - кандидат технических наук, доцент кафедры «Строительные конструкции», Пензенский государственный университет архитектуры и строительства.
ЛАДИН Роман Акбарович - аспирант, Пензенский государственный университет архитектуры и строительства.
