Автореферат диссертации (1141567), страница 3

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

Дляэтого были проведены испытания на центральное сжатие двух серий коротких(L/d≤4) трубобетонных образцов малого диаметра (рисунок 6), которыепредполагалось в последующем заложить в сжатую зону балок.Врезультатеопытныханализадиаграммбылоустановлено, что в балках доразрушенияможнозащитногополучитьдослоя30%повышения несущей способностибетона в трубе. Но так как трубысоставляютпорядка20%Рисунок 6 – Схема испытаний трубобетонныхобразцов и вид образца после испытанияотпредполагаемой площади сжатой зоны, а рост несущей способности балок будетсущественно меньше, чем рост прочности бетона сжатой зоны, то данный вариантармирования дает незначительный выигрыш, по сравнению со стержневойарматурой, заложенной в сжатую зону.

Ввиду этого, а также необходимостидополнительных мероприятий для обеспечения сцепления трубы с бетоном такоеармирование было признано менее эффективным для усиления сжатой зоны балок.Принимая во внимание данный факт, основным для проведения дальнейшегоэкспериментального исследования был выбран вариант косвенного армированиясжатой зоны в виде сварных сеток.В соответствии с программой экспериментального исследования былиизготовлены и испытаны (рисунок 7) три серии железобетонных балочныхобразцов.

Каждая серия состояла из эталонного образца без сеток косвенногоармирования и двух образцов с различным процентом косвенного армированиясжатой зоны в виде сварных сеток. Серии отличались между собой процентомпродольного армирования. Параметры опытных образцов представлены втаблице 2.16Рисунок 7 – Схема испытания образцов балок:П – прогибомер; М – мессура на основе индикатора часового типа; 114 – тензорезисторыТаблица 2 – Фактические параметры опытных образцовШифробразцаh,смh 0,смb,смc,смc3, Rb,Eb0,см МПа МПа•103As,см2Rs,МПаμs,xyRs,xy,МПаБС-I-0БС-I-1БС-I-2БС-II-0БС-II-1БС-II-2БС-III-0БС-III-1БС-III-219,719,819,919,919,820,020,020,020,116,416,516,616,116,016,215,815,815,915,015,015,015,015,015,015,015,015,03,03,03,03,03,03,01,41,51,41,61,61,77,337,337,339,439,439,4312,412,412,443943943943743743741141141100,0250,0500,0250,0500,0250,05492492492492492492Разрушениеобразцов28,428,428,430,130,130,128,628,628,6прототипов30,930,930,931,431,431,430,930,930,9произошлотак,какибылозапроектировано.

Потеря несущей способности фиксировалась либо придостижении арматурой деформаций текучести, либо при разрушении сжатой зоны.В любом случае фактическое разрушение образцов завершалось хрупкимраздроблением бетона сжатой зоны (рисунок 8).У образцов с сетками характер разрушения принципиально отличался(рисунок 9). При достижении в зоне чистого изгиба значения момента Mр.з.происходило отслоения бетона защитного слоя, что сопровождалось некоторымпадением несущей способности (до 15%) и скачком прогибов. При дальнейшемнагружении с ростом прогибов по всем образцам наблюдался некоторый ростнесущей способности, а далее, в зависимости от шага сеток, происходило: вобразцах с сетками С1 (шаг 5см) плавный рост несущей способности и только прибольших значениях прогибов начиналось ее плавное падение; в образцах с сетками17С2 (шаг 8см) – плавное падение несущей способности.

Плавное падение несущейспособности можно объяснить выкрашиванием бетона в промежутках междусетками при больших прогибах.Нагружение завершалось либо при исчерпании запаса хода гидроцилиндра,либо при существенном выкручивании опорной пяты гидроцилиндра иневозможности дальнейшего корректного приложения нагрузки. Вплоть до концаиспытания несущая способность падала плавно без существенных скачков.Единственным исключением стал образец БС-III-2, в котором произошел разрывсеток по сварке, но это произошло при больших прогибах, которые существеннопревышали 80мм. После этого на данном участке началось интенсивноевыкрашивание бетона и быстрое нарастание кривизны.Рисунок 8 – Образец без сеток после испытанияРисунок 9 – Образец с сетками после испытанияПосле отслоения защитного слоя бетона продолжался рост прогибов ссохранением высокой остаточной несущей способности (для испытанных образцовминимум 76% при 80 мм прогиба).С ростом площади продольного армирования возрастает влияние сетоккосвенного армирования на работу сжатой зоны, о чем свидетельствуютотносительные деформации стержней сеток, которые составили: для балок серииБС-I – 0,0009…0,0012; для балок серий БС-II и БС-III – 0,0015…0,0017.Деформации стержней сеток не превышали предел текучести вплоть до моментаразрушения защитного слоя, т.е.

стержни сеток работали в упругой стадии.18Снижение прогибов для образцов с сетками составило 7,2…14,4% взависимости от коэффициента косвенного армирования и площади продольногоармирования.Повышение значения изгибающего момента, соответствующего разрушениюзащитного слоя (т.е. окончанию стадии нормальной эксплуатации) относительнообразцов без косвенного армирования, составило 11…33% в зависимости откоэффициента косвенного армирования и площади продольного армирования.Характерные значения изгибающих моментов представлены в таблице 3.Таблица 3 – Характерные значения изгибающих моментов для опытных образцовМаркировкаобразцаБС-I-0БС-I-1БС-I-2БС-II-0БС-II-1БС-II-2БС-III-0БС-III-1БС-III-2Mcrc,кНм9,310,010,2Mult,кНмMр,з,,кНмMост,80/Mр,з,Mр,з,/Mult38,945,239,6-43,243,153,256,448,152,50,761,060,831,070,891,111,111,111,181,251,211,33В четвертой главе был произведен нелинейный статический расчет конечноэлементных моделей балок, соответствующих опытным образцам.

КЭ моделисобирались в пре/постпроцессоре Femap 11.1.1. В качестве решателя использовалсяNX Nastran. Для продольной арматуры использовалась приведенная диаграмма,учитывающая влияние трещин в растянутой зоне. Для бетона, усиленного сеткамикосвенного армирования, использовалась предложенная во второй главекриволинейная диаграмма. Получена хорошая (качественная и количественная)сходимость характера деформирования расчетных моделей с экспериментальнымданным.Было произведено сравнение полученных экспериментальных данных срезультатами расчетов несущей способности и кривизны на различных этапахнагружения. Несущая способность считалась по криволинейным диаграммам внаписанной в среде Matlab программе для ЭВМ и инженерным методом по19упрощенным линеаризованным диаграммам, в основу которых положенатрехлинейная диаграмма состояния сжатого бетона из СП 63.13330.2012 с учетомпредложенных во второй главе зависимостей для определения параметрическихточек.Таблица 4.4 – Сравнение экспериментальной и теоретической несущихспособностей балокM ultт.

, кНмШифробразцаM ultоп. ,кНм(покриволинейнымдиаграммам)БС-I-0БС-I-1БС-I-2БС-II-0БС-II-1БС-II-2БС-III-0БС-III-1БС-III-238,943,243,145,253,256,439,648,152,540,241,341,744,748,449,743,247,048,3M ult  M ultт.M ultт. , кНмоп .оп .M ult+3,3-4,4-3,2-1,1-9,0-11,9+9,1-2,3-8,0100%(полинеаризованнымдиаграммам)39,741,142,243,847,650,142,246,951,3M ult  M ultт.оп .оп .100%M ult+2,1-4,9-2,1-3,1-10,5-11,2+6,6-2,5-2,3Расчет кривизны в Matlab был произведен на всех этапах работыконструкции, включая стадию после разрушения защитного слоя. При этом длядиаграммы арматуры учитывалась стадия текучести, а для бетона с косвеннымармированием – нисходящая ветвь.

Расчет по всем образцам завершился придостижении деформациями сжатой зоны значения εbu3. Сравнение результатоврасчета с экспериментальными данными для образцов с сетками серии IIIпредставлено на рисунке 10. Характер деформирования образцов по результатамрасчетов хорошо (с некоторым запасом) соотносится с результатами эксперимента.Также в главе приведен пример ручного расчета балок эквивалентнойнесущей способности с сетками в сжатой зоне и без. В образце с сетками показанаэкономия стали и отсутствие опасности хрупкого разрушения при использованиибетонов высокой прочности.20300а)P, кН300200200100100f, мм0010203040P, кНб)f, мм00501020304050Рисунок 10 – Зависимость прогибов f от приложенной нагрузки P для БС-III-1 (а)и БС-III-1 (б): ▬ ▬ – эксперимент; ▬▬ – MatlabЗАКЛЮЧЕНИЕНаоснованиипроведенныхэкспериментальныхитеоретическихисследований изгибаемых железобетонных элементов с косвенным армированиемсжатой зоны при действии статической нагрузки, а также анализа опытныхданных, полученных другими авторами, можно заключить что поставленная цельдиссертационного исследования выполнена в полном объеме.

Основные выводыпроведенного исследования:1. Установка сварных сеток признана эффективным вариантом косвенногоармирования сжатой зоны железобетонных балок.2. По результатам проведенного эксперимента до разрушения защитногослоя снижение прогибов для балок с сетками составило 7,2…14,4% в зависимостиот коэффициента косвенного армирования сжатой зоны и площади продольногоармирования.3. По результатам проведенного эксперимента повышение значенияизгибающего момента, соответствующего разрушению защитного слоя для балокс сетками, составило 11…33% в зависимости от коэффициента косвенногоармирования и площади продольного армирования.4.

Косвенноесетчатоеармированиесжатойзоныменяетхарактерразрушения балок, значительно удлиняя пластическую стадию работы. При этомна порядок возрастают предельные прогибы с сохранением высокой остаточнойнесущей способности (для испытанных образцов минимум 76% при 80ммпрогиба).21Обозначены параметры косвенного армирования, обеспечивающие повышениепрочностных и деформационных характеристик сжатого бетона, а такжесходимость экспериментальных и теоретических значений: S≤150мм; S≤0,8hef;dx(y)≤8мм.6. Предложенная диаграмма позволяет корректно моделировать работужелезобетонных элементов с косвенным армированием в расчетных комплексах,реализующих метод конечных элементов, что подтверждается произведеннымирасчетами в Femap-Nastran.7.

Разработана методика, позволяющая по предложенным диаграммамвычислять напряжения и деформации для балок с косвенным армированием наразличных этапах нагружения, и в среде Matlab написана программа для ЭВМ,реализующая предложенную методику.8. Дляинженерныхрасчетов предложенпрямойалгоритм расчетаизгибаемых железобетонных элементов с косвенным армированием сжатой зонына основе линеаризованных диаграммам деформирования бетона.9. Произведенныерасчетыпопредложеннымметодикампоказалиудовлетворительную сходимость результатов расчета деформаций и несущейспособности с экспериментальными данными.Перспективы дальнейшей разработки темыНа основании проведенных исследований можно наметить следующиенаправлениядлядальнейшегоизученияииспользованияизгибаемыхжелезобетонных элементов с косвенным армированием:1.

Проведенные эксперименты и расчеты свидетельствуют об изменениихарактера разрушения железобетонных балок с сетками в сжатой зоне и наличиипродолжительной стадии пластического деформирования после разрушениязащитного слоя с сохранением высокой несущей способности. Данноеобстоятельство позволяет применять такие элементы в зданиях со статическинеопределимой конструктивной схемой.

В случае запроектных или аварийныхвоздействий на элемент (например, прогрессирующего обрушения) наличиезапасовподеформациямиотсутствие22хрупкогоразрушениепозволитперераспределить усилия на другие менее нагруженные элементы здания иизбежатьобрушения.Данныйвопростребуетвыборарациональнойконструктивной схемы, разработки узлов и определения зон для размещения сетоккосвенного армирования.2. Для более полного использования стадии пластического деформированиятребуется совершенствование нисходящей ветви аналитической диаграммы сжатиябетона с косвенным армированием (в частности, предельных деформаций) ивыявление влияния шага сеток на возможность выкрашивания бетона сжатой зоныпри больших значениях кривизны.3. В случае размещения сеток косвенного армирования не по всей высотесжатой зоны изгибаемых элементов, а локально в местах наибольших напряжений,и при этом использования стадии работы после разрушения защитного слоя,видится возможным отслоение участка сжатой зоны с сетками с образованиемпродольной трещины.

Характеристики

Список файлов диссертации