Диссертация (1141568), страница 10
Текст из файла (страница 10)
Экспериментальное исследование железобетонных балок скосвенным армированием сжатой зоны в виде сварных сеток3.1Программа экспериментального исследованияОбзор существующих экспериментальных исследований железобетонныхобразцов с косвенным армированием показывает, что объем исследований дляизгибаемых элементов невелик. При этом практически нет данных попереармированным балкам.Поэтомупрограммойэкспериментальныхисследованийпредусматривалось:−подготовка экспериментальных образцов железобетонных балочныхэлементов с косвенным армированием сжатой зоны;−получение данных о деформациях (прогибы, кривизна) образцов наразличных этапах нагружения;−определение разрушающей нагрузки;−определение различий в характере разрушения образцов с косвеннымармированием сжатой зоны и без;−сравнение экспериментальных данных с результатами расчета поразработанной методики расчета.В результате планировалось:−выбрать эффективный вариант косвенного армирования сжатой зоны;−подготовить и испытать три серии балок c различным процентомкосвенного армирования в рамках одной серии и различными процентамиармирования продольной арматурой для разных серий;−измерить значения прогибов на различных этапах нагружения;−по измеренным деформациям по высоте сечения вычислить значениякривизны на различных этапах нагружения;84−определить величину нагрузки, при которой происходит отслоениезащитного слоя сжатой зоны и влияние этого фактора на дальнейшуюработу элемента и разрушающую нагрузку.3.2Выбор варианта косвенного армирования сжатой зоны балокВ результате анализа существующих исследований (см.
главу 1) выявленывозможные варианты усиления сжатой зоны балок косвенным армированием:1) использование замкнутых хомутов;2) использование армирования в виде спирали;3) использование трубчатой арматуры в сжатой зоне;4) использование сварных сеток в сжатой зоне.Первый вариант был отвергнут, так как в ряде работ [39,173] отмечаетсяотносительно низкая эффективность прямоугольных хомутов в качествекосвенного армирования. И, хотя в работе [30] наблюдается эффект отприменения хомутов в опытных образцах балок сечением 80x160 мм, будетпроблематично и, вероятно, неоправданно создавать достаточно высокий проценткосвенного армирования хомутами в зоне действия изгибающих моментов вреальных балках с большим размером поперечного сечения.Армирование в виде спирали было отвергнуто из-за сложности устройстватакого армирования в сжатой зоне балок.
Кроме того, значительная площадьсжатой зоны в углах сечения, где возникает наибольшая концентрациянапряжений, оказывается неохваченной таким армирования.Для оценки возможности применения трубчатой арматуры в сжатой зонебалок (рисунок 3.1) были проведены испытания [104] на центральное сжатие двухсерий коротких (L/d≤4) трубобетонных образцов малого сечения (рисунок 3.2).Длина образцов L=170 мм. В качестве косвенного армирования применялисьэлектросварные прямошовные трубы диаметром d≈42 мм с толщиной стенки дляпервой серии tI=1,4 мм, для второй серии tII=1,7 мм. Из-за малости сечения, дажепри достаточно тонкой стенке трубы, коэффициент армирования μxy получался85относительно высоким.
Для бетонного ядра применялся тяжелый бетон сгранитным щебнем крупности 3-10 мм.Чтобы не допустить разрушения торцов опытных образцов устраивалисьсварные стальные оголовки. Относительные деформации замерялись при помощиэлектротензорезисторов FLA-5-11 с базой 5 мм, которые размещались в среднемсечении по периметру образца (4 шт. для измерения продольных деформаций;2 шт.
для измерения поперечных деформаций). При построении опытныхдиаграмм показания датчиков осреднялись. Также поперечные деформациизамерялисьтензодатчикамиFLA-1-11сбазой1 мм,размещенныминаэлектросварном шве (рисунок 3.3,а).Рисунок 3.1 – Схема предполагаемого армирования сжатой зоны балок трубчатойарматуройОбразец вначале центрировался пробной нагрузкой (0,1…0,2)Nu, после чегоподвергался нагружению ступенями по 0,1Nu с десятиминутными выдержкамимежду ними.
Потеря несущей способности образцов происходила после потериместной устойчивости стенкой трубы и образования складок на поверхностиобразцов (рисунок 3.3,b). При дальнейшем нагружении происходило плавноепадение несущей способности образцов при быстром росте деформаций.Поперечные деформации, замеренные на электросварном шве на начальныхэтапах загружения, практически не отличались от деформаций на остальнойповерхности образца и только при нагрузках более (0,6…0,7)Nu начиналипревышать значения, полученные по остальным тензодатчикам (до 25%86превышения). Но из-за малости зоны электросварного шва, разницей можнопренебречь.Рисунок 3.2 – Схема испытаний трубобетонного образцаОсновныепараметрыопытныхобразцовирезультатыиспытанийпредставлены в таблице 3.1.
Диаграммы деформирования, полученные послеобработки тензометрических данных, приведены на рисунке 3.4.Последостиженияотносительныхдеформаций0,01отдельныетензодатчики начинали выходить из строя и в целом точность измерений придеформациях, превышающих это значение, невелика, но полученные данныепозволяют определить порядок относительных деформаций.Прочностные и деформационные характеристики определялись для бетонаиспытанием прямоугольных призм 10х10х40 см, для стали испытанием образцовтруб на разрыв. Во избежание смятия трубы в местах захватов в ее торцахразмещались вкладыши из стального проката круглого сечения.87Таблица 3.1 – Параметры опытных трубобетонных образцов и результатыСечение трубыdxt, ммКоэффициентармирования, μxyПрочность трубыпо пределутекучести Rs, МПаПризменнаяпрочность бетонаRb, МПаI-142x1,40,148324,5923,51126,75I-242x1,40,148324,5923,51126,63I-342x1,40,148324,5923,51127,21I-442x1,40,148324,5923,51125,60II-141,5x1,70,186381,1323,51144,58II-241,5x1,70,186381,1323,51144,76II-341,5x1,70,186381,1323,51142,12II-441,5x1,70,186381,1323,51144,94Несущаяспособностьтрубобетонногообразца, Nu, кНСредняя несущаяспособность длясерии, Num,exp, кНОбразециспытаний126,55144,10Рисунок 3.3 – Испытание трубобетонных образцов:а) подготовка образца к испытанию; b) образец после испытания88-120-1200,8-90-60-3000-0,01 -0,02 -0,03Продольныедеформация (м/м)а)Нагрузка (N/Nu)1Нагрузка (N, кН)-150Нагрузка (N, кН)-150-90-60-3000,005 0,01 0,015Поперечныедеформация (м/м)0,60,40,200б)-1200,8-60-3000г)-0,02-0,04Продольныедеформация (м/м)Нагрузка (N/Nu)-120Нагрузка (N, кН)1Нагрузка (N, кН)-150-90-60-30000,2 0,4 0,6КоэфициентПуассона0,60,40,20д)0,01 0,02Поперечныедеформация (м/м)0,2 0,4 0,6КоэфициентПуассонав)-150-900е)0Рисунок 3.4 – Зависимости относительных продольных деформаций, поперечныхдеформаций и коэффициента Пуассона от сжимающей нагрузки N (относительнойсжимающей нагрузки N/Nu) для образцов серии I [а), б), в)] и серии II [г), д), е)]соответственноВ результате анализа опытных диаграмм было установлено, что в балках,близких к границе переармирования, до разрушения защитного слоя можнополучить до 40% повышения несущей способности бетона в трубе.
Но так кактрубы составляют порядка 20% от предполагаемой площади сжатой зоны(рисунок 3.1), а рост несущей способности балок будет существенно меньше, чемрост прочности бетона сжатой зоны, то данный вариант армирования дастнезначительный выигрыш по сравнению со стержневой арматурой, заложенной всжатую зону. Также при достижении предельных деформаций бетоном вокругтрубы произойдет его разрушение и остаточная несущая способность будетневелика. Поэтому, ввиду вышесказанного, а также необходимости обеспечения89сцепления трубы с бетоном такое армирование было признано недостаточноэффективным для усиления сжатой зоны балок.С учетом полученных результатов основным для проведения дальнейшегоэкспериментального исследования был выбран вариант косвенного армированиясжатой зоны в виде сварных сеток.
Тем более, что ряд исследований[10,42,93,117,122,186] свидетельствует об эффективности такого конструктивногорешения.3.3Конструирование и изготовление опытных образцовВ соответствии с программой экспериментального исследования былиизготовлены три серии железобетонных балочных образцов. Каждая сериясостояла из эталонного образца без сеток косвенного армирования и двухобразцов с различным процентом косвенного армирования сжатой зоны в видесварных сеток. Серии отличались между собой процентом продольногоармирования под разную высоту сжатой зоны (определялась по эталонномуобразцу): первая серия с высотой сжатой зоны меньше граничной; вторая серия свысотой сжатой зоны близкой к граничному значению; третья серия с высотойсжатойзоныбольшей,чемграничноезначение.Экспериментальныеисследования проводились на базе экспертно-диагностической испытательнойлаборатории строительных конструкций (НИУ МГСУ).3.3.1 Материалы и бетонирование опытных образцовВ качестве составляющих для изготовления бетонной смеси применялись:−портландцемент Holcim Extra CEM 500 марки М500 [22];−щебень гранитный фракции 3-10 мм;−песок карьерный с модулем крупности 2,5.В качестве продольной растянутой арматуры применялась арматура ø22,ø25, ø28 класса А400 [27].
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
