Определение и сущность железобетона. Определение и сущность железобетон. Литература Филиппов П. П. Как внешние сигналы передаются внутрь клетки
 Скачать 0.88 Mb.
|
ЛЕКЦИЯ 6. 1. Три стадии напряжённо-деформированного состояния железобетонных элементовРАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ ИЗГИБАЕМЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ПО ПЕРВОЙ ГРУППЕ ПРЕДЕЛЬНЫХ СОСТОЯНИЙ 1. Три стадии напряжённо-деформированного состояния железобетонных элементов 2. Классификация изгибаемых элементов 3.Основы конструирования изгибаемых элементов 1. Три стадии напряжённо-деформированного состояния железобетонных элементов Чтобы понять работу и характер разрушения изгибаемых железобетонных элементов, рассмотрим напряженное состояние балки, загруженной двумя сосредоточенными силами по схеме, представленной на рис. 6.1.  Рисунок 6.1 – Схема нагружения железобетонной балки Опыты показывают, что при этом в балке могут возникнуть трещины, как нормальные к продольной оси, так и наклонные, что соответствует траекториям главных растягивающих напряжений σmt. Разрушение балки может произойти как по нормальному, так и по наклонному сечению. В большинстве случаев сначала появляются трещины, перпендикулярные к продольной оси балки в зоне чистого изгиба, а затем, по мере увеличения нагрузки, и косые преимущественно на приопорных участках. Рассмотрим случай разрушения балки, представленной на рис.6.2, по нормальному сечению при загружении её постепенно возрастающей нагрузкой. Такое разрушение может иметь место, когда продольная арматура в растянутой зоне поставлена не в избытке. При этом условимся, что бетон работает в соответствии с диаграммой сжатия, у которой нисходящая ветвь отсутствует, а арматура предусмотрена из "мягкой" стали и имеет на диаграмме растяжения чётко выраженную площадку текучести.  Рисунок 6.2 – Стадии напряжённо-деформированного состояния изгибаемого элемента: а — фактические эпюры напряжений; б — то же, схематизированные При постепенном увеличении нагрузки на такую балку можно отметить следующие три характерные стадии работы её поперечных сечений, находящихся в зоне чистого изгиба. Стадия I (продолжается до появления нормальных трещин в бетоне растянутой зоны). Она имеет место при небольших нагрузках, составляющих приблизительно 15...20% от разрушающей, когда напряжения в бетоне и арматуре невелики, деформации носят преимущественно упругий характер, а эпюры нормальных напряжений в бетоне сжатой и растянутой зон треугольные. Нейтральный слой проходит через центр тяжести приведённого к бетону сечения (рис.2). На рис. 2 и — соответственно средний предел прочности бетона при осевом сжатии и средний предел прочности бетона при осевом растяжении. После этого при некотором увеличении нагрузки в волокнах бетона растянутой зоны развиваются неупругие деформации, начиная с крайних волокон. Деформации в них доходят до = 15 • 10-5. Эпюра напряжений в растянутой зоне превращается в криволинейную и растягивающие напряжения в бетоне становятся равными не только в крайних волокнах. Это означает, что наступает конечный этап стадии I — стадии Iа. Бетонная балка в этот момент разрушается. Напряжения в растянутой арматуре в стадии Iа определяются в соответствии с условиями совместности деформаций и законом Гука  Стадия II — это новое качественное состояние балки. Наступает после появления трещин в бетоне растянутой зоны, когда растягивающие усилия в сечениях, где образовались трещины, воспринимаются арматурой и бетоном над трещиной (расположенным ниже нейтральной оси). Между трещинами бетон работает на растяжение. В интервале растянутой зоны между двумя соседними трещинами сцепление арматуры с бетоном не нарушается. В сжатой зоне бетона развиваются неупругие деформации и эпюра нормальных напряжений искривляется. Высота сжатой зоны бетона в этой стадии и следующей переменна по длине элемента: в сечениях над трещинами она меньше, чем в сечениях между трещинами. Продольные деформации бетона сжатой зоны в сечении над трещиной несколько больше, чем на участке между трещинами. По этой стадии работают наиболее напряжённые сечения в период эксплуатации. Нагрузка на конструкцию в этот момент может доходить до 65% и более от разрушающей. Конец стадии II характеризуется началом заметных неупругих деформаций в арматуре. К концу этой стадии напряжения в арматуре превышают предел упругости и при арматуре из "мягкой" стали могут иногда достигать предела текучести (стадии IIа). Трещины в бетоне растянутой зоны иногда могут развиваться почти до нейтральной оси. Стадия III (стадия разрушения) характеризуется относительно коротким по времени периодом работы в ней балки. Криволинейность эпюры напряжений сжатия в бетоне становится ярко выраженной и приближается по очертанию к кубической параболе или параболе более высокого порядка. Бетон растянутой зоны из работы почти полностью исключается. Опыты свидетельствуют, что характер разрушения балки по нормальному сечению зависит от вида и количества продольной арматуры в сечении. При этом возможны следующие два случая разрушения балки. В случае 1 при относительно невысоком содержании в сечении арматуры из "мягкой" стали разрушение балки (его начальная стадия) начинается с арматуры (напряжения в ней достигают предела текучести, а деформации постепенно нарастают) и заканчивается раздроблением бетона сжатой зоны. Такое разрушение носит постепенный, плавный (пластический) характер. Высота сжатой зоны в этом случае по мере загружения балки уменьшается. Случай 2 имеет место в элементах с избыточным содержанием арматуры (любой) или переармированных. Разрушение переармированных элементов происходит внезапно (хрупко) по бетону сжатой зоны от его раздробления. Напряжения в растянутой арматуре в этот момент не достигают предела текучести. Здесь переход из стадии II в стадию III происходит внезапно. Применять такие элементы нежелательно, так как они не экономичны. Их применение допускается только в исключительных случаях. При практическом использовании эпюры напряжений в бетоне схематизируют, спрямляя криволинейные участки и отбрасывая зоны растяжения. Схематизированные эпюры выглядят как показано на рис. 6.2б. Некоторые из этих эпюр носят условный характер, поскольку на нейтральной оси напряжения не могут быть равны предельным. Дело здесь в том, что для упрощения расчёта по несущей способности по стадии III эпюра напряжений в бетоне сжатой зоны принимается прямоугольной вместо фактической криволинейной из-за чего она при сохранении неизменной её площади получается укороченной. На результаты расчётов такая замена не оказывает существенного влияния. Очевидно, что во время работы изгибаемого железобетонного элемента под нагрузкой различные его сечения по длине испытывают разные стадии напряжённо-деформированного состояния. Три аналогичные стадии напряжённо-деформированного состояния имеют место при внецентренном сжатии и при внецентренном растяжении, так как в этих случаях также получаются двузначные эпюры напряжений. |