Белгородская область, Россия
Белгородская область, Россия
ГРНТИ 67.03 Инженерно-теоретические основы строительства
ББК 38 Строительство
Приведены результаты выполненных экспериментальных исследований деформативности железобетонных балок прямоугольного, трапециевидного и таврового поперечных сечений. Представлены основные характеристики исследуемых железобетонных балок. Выполнен сравнительный анализ полученных результатов. Сделаны выводы о различных деформативных свойствах железобетонных балок рассматриваемых поперечных сечений.
деформативность, трапециевидное сечение, прогиб, тавровое сечение, прямоугольное сечение, изгибаемый железобетонный элемент
Для оценки влияния формы поперечного сечения на деформативность изгибаемых железобетонных элементов авторами были разработаны необходимые методики и алгоритмы, позволившие выполнить соответствующие численные исследования [1, 2, 3]. С целью апробирования разработанных методик авторами были проведены эксперименты [4] на специально выполненных железобетонных образцах. Было изготовлено 12 балок различных поперечных очертаний: 3 балки прямоугольного (БП), 3 балки таврового (БТ) и по 3 балки трапециевидного сечения с широкой верхней (БТВ) и нижней (БТН) гранями (рис. 1). Размеры поперечных сечений образцов были приняты такими, чтобы объем бетона в балках трапециевидного сечения оказался на 25 % меньше, чем в обычных балках серии БП.
Бетонирование балок одного вида происходило за один замес бетонной смеси. Из каждого замеса было также изготовлено по 4 контрольных образца-куба с размерами граней по 100 мм. Испытания контрольных образцов показали, что всем балкам соответствует бетон класса B22,5. Геометрические размеры и схема армирования балок приведены на рис. 1. В качестве нижней рабочей арматуры использована арматура диаметром 12 мм класса А500, верхняя продольная арматура диаметром 8 мм класса А400, поперечные стержни – диаметром 5 мм класса Вр500. Арматура подбиралась таким образом, чтобы коэффициент армирования для балок прямоугольного сечения составлял »1 %. Толщина защитного слоя бетона для верхней и нижней арматуры принята 20 мм.
Рис. 1. Геометрические размеры и схема армирования балок БП, БТ, БТВ и БТН
Для проведения экспериментальных исследований была использована универсальная испытательная установка, описанная в работе [4]. Её основу составляет испытательный стенд, представленный в работе [5], с небольшими доработками конструкции (рис. 2).
Рис. 2. Схема универсальной испытательной установки с установленной железобетонной балкой
и измерительными приборами
В качестве силовых элементов использовались гидравлические 15-ти тонные домкраты. Для определения прогибов на испытательной установке в середине пролета балки был предусмотрен прогибомер Аистова. С целью контроля за податливостью опорных участков балок устанавливались индикаторы часового типа с ценой деления 0,01 мм. Передача усилий от домкратов на балку происходила через стальные тяжи диаметром 26 мм. Для контроля равномерности приложения нагрузки на тяжи были установлены тензодатчики. Контроль за величиной нагрузки осуществлялся манометром высокой точности. Общий вид испытательной установки приведен на рис. 3.
Нагрузка к каждой опытной балке прикладывалась ступенями с шагом не более 10 % от расчетной разрушающей нагрузки. На каждой ступени нагрузка выдерживалась 10 минут. Также необходимо отметить, что при определении величины нагрузки учитывался собственный вес балок. В начале и в конце каждой ступени производилась запись показаний прогибомера и индикаторов часового типа, закрепленных на опорах.
Рис. 3. Испытательная установка с установленным образцом
Результаты, полученные в ходе проведения экспериментальных исследований рассматриваемых образцов, приведены в табл. 1
Таблица 1
Результаты экспериментальных исследований железобетонных балок
|
Вид опытной балки |
№ образца |
Прогиб балки (мм) при нагрузке (кН) |
Средний прогиб балки (мм) при нагрузке (кН) |
||||
|
16 |
24 |
32 |
16 |
24 |
32 |
||
|
Прямоугольное сечение |
1 |
1,76 |
3,17 |
4,58 |
1,76 |
3,23 |
4,91 |
|
2 |
1,77 |
2,78 |
4,59 |
||||
|
3 |
1,76 |
3,73 |
5,55 |
||||
|
Тавровое сечение |
1 |
2,11 |
3,00 |
5.80 |
2,09 |
3,46 |
5,57 |
|
2 |
2,18 |
3,83 |
5,86 |
||||
|
3 |
1,99 |
3,55 |
5,05 |
||||
|
Трапециевидное сечение с верхней широкой гранью (серия БТВ) |
1 |
1,83 |
3,20 |
4,60 |
2,19 |
3,66 |
5,17 |
|
2 |
2,15 |
3,40 |
4,96 |
||||
|
3 |
2,59 |
4,39 |
5,94 |
||||
|
Трапециевидное сечение с нижней широкой гранью (серия БТН) |
1 |
2,38 |
4,07 |
6,25 |
2,41 |
4,01 |
6,05 |
|
2 |
2,46 |
4,16 |
6,15 |
||||
|
3 |
2,38 |
3,80 |
5,76 |
||||
На основании результатов, представленных в табл. 1, можно сделать следующие выводы:
- при фиксированных нагрузках 16,0 кН, 24,0 кН и 32,0 кН прогибы трапециевидных балок серии БТВ по сравнению с образцами прямоугольного сечения оказались больше, соответственно, на 24,43 %, 13,31 % и 5,1 %. Прогибы у балок серии БТН при тех же фиксированных нагрузках увеличились, соответственно, на 36,93 %, 24,14 % и 23,46 % по отношению к эталонным образцам прямоугольного сечения, что объясняется более ранним началом процесса трещинообразования в растянутой зоне бетона балок трапециевидного сечения с нижней широкой гранью;
- величины прогибов у балок серии БТ при нагрузках 16 кН, 24 кН и 32 кН оказалась больше, чем у эталонных балок прямоугольного сечения БП на 18,75 %, 7,12 % и 13,44 %, соответственно;
- при нагрузках 16 кН и 24 кН прогибы балок серии БТВ на 4,63 % и 5,87 % выше, чем у балок таврового сечения (БТ). При дальнейшем увеличении нагрузки динамика роста прогибов балок серии БТВ становится существенно меньше, чем у балок серии БТ, и уже при нагрузке 32 кН среднее значение прогибов у трапециевидных балок серии БТВ становится меньше на 7,74 %, чем у балок серии БТ. Это обуславливается тем, что при нагружении балок серии БТВ процесс образования в их растянутой зоне новых трещин достаточно быстро затухает, и при дальнейшем увеличении нагрузки происходит увеличение высоты и ширины раскрытия существующих трещин. При нагружении балок серии БТ процесс образования в них новых трещин затухает намного позже, что приводит к образованию существенно большего количества новых трещин на поздних стадиях нагружения и, соответственно, к повышенным прогибам по сравнению с балками других серий.
1. Никулин А.И., Обернихин Д.В. Дефор-мативность изгибаемых железобетонных эле-ментов трапециевидного сечения с трещинами в растянутой зоне // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. 2016. № 5. С. 88-93.
2. Никулин А.И., Обернихин Д.В., Никулина Ю.А. Предельная прочность изгибаемых железобетонных элементов на основе применения энергетического критерия разрушения бетона // Безопасность строительного фонда России. Проблемы и решения: материалы международных академических чтений. Курск: Изд-во Курск. гос. ун-та, 2014. С. 98-107.
3. Никулин А.И. К уточнению величин предельных относительных деформаций бетона в сжатой зоне изгибаемых железобетонных элементов // Промышленное и гражданское строительство. 2014. № 8. С. 12-15.
4. Обернихин Д.В., Никулин А.И. Экспе-риментальные исследования прочности, трещиностойкости и деформативности железобетонных балок трапециевидного и прямоугольного поперечных сечений // Инновационная наука. 2016. № 8-2. С. 73-77.
5. Крючков А.А. Деформативность сборно-монолитных стержневых конструкций: Автореф. дис. ... канд. техн. наук: 05.23.01 / Крючков Андрей Александрович; БГТУ им. В.Г. Шухова. Белгород, 2006. 21 с.
