Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса и задачи исследований 10
1.1. Анализ результатов существующих экспериментальных исследований деревожелезобетонных изгибаемых элементов при однократном кратковременном статическом нагружении 10
1.2. Анализ существующих методов расчета прочности составных конструкций в зоне совместного действия изгибающих моментов и поперечных сил
1.2.1. Методы расчета прочности нормальных сечений деревожелезобетонных изгибаемых элементов при однократном кратковременном статическом нагружении 25
1.2.2. Анализ существующих методов расчета прочности наклонных сечений составных конструкций
1.2.2.1. Методика расчета по СНиП 11-25-80 «Деревянные конструкции» 39
1.2.2.2. Методика расчета по рекомендациям по проектированию монолитных железобетонных перекрытий со стальным профилированным настилом, НИИЖБ Госстроя СССР 40
1.2.2.3. Методика расчета по прочности наклонных сечений сталежелезо-бетонных балок на основе РСН 64-88 Госстрой БССР 41
1.3. Выводы по первой главе 46
2. Методика проведения экспериментальных исследований 48
2.1. Характеристики и технология изготовления образцов 48
2.2. Методика испытания основных образцов на действие однократной кратковременной статической нагрузки 61
2.2.1. Испытания деревожелезобетонных балок з
2.2.2. Изучение деформативности и прочности контакта деревобетонных образцов 62
3. Результаты испытаний деревожелезобетонных конструктивных элементов 70
3.1. Результаты испытаний деревожелезобетонных балок 70
3.2. Результаты испытаний деревобетонных призм 107
4. Анализ напряженно - деформированного состояния и метод расчета прочности деревожелезобетонных изги баемых элементов в зоне совместного действия изги бающих моментов и поперечных сил при однократном кратковременном статическом нагружении 121
4.1. Анализ напряженно-деформированного состояния деревожелезобетонных изгибаемых элементов в зоне совместного действия изгибающих моментов и поперечных сил 121
4.2. Определение сдвигающих усилий по плоскости контакта в зоне совместного действия изгибающих моментов и поперечных сил 127
4.3. Определение предельной сдвигающей силы, воспринимаемой связями 133
4.3.1. Определение сдвигающей силы, воспринимаемой древесиной 140
4.3.2. Определение сдвигающей силы, воспринимаемой стальным гвоздем 142
4.3.3. Коэффициент жесткости соединения 143
4.3.4. Условие прочности соединения (сопряжения) 144
4.4. Методы расчета прочности деревожелезобетонных изгибаемых элементов в зоне совместного действия изгибающих моментов и поперечных сил 144
4.4.1. Физическая модель 144
4.4.2. Расчет прочности деревожелезобетонных изгибаемых элементов в зоне совместного действия изгибающих моментов и поперечных сил без учета податливости соединения (связей) 149
4.4.2.1. Усилия в бетоне и древесине сжатой зоны 149
4.4.2.2. Усилия в древесине растянутой зоны 155
4.4.2.3. Силы зацепления 160
4.4.2.4. Система расчетных уравнений, несущая способность и прочность элементов 162
4.4.3. Расчет прочности деревожелезобетонных изгибаемых элементов в зоне совместного действия изгибающих моментов и поперечных сил с учетом податливости соединения (связей) 165
4.4.3.1. Усилия в бетоне и древесине сжатой зоны 166
4.4.3.2. Усилия в древесине растянутой зоны 170
4.4.3.3. Система расчетных уравнений, несущая способность и прочность элементов 171
4.5. Экспериментальная проверка 174
Общие выводы 178
Список использованной литературы
- Методы расчета прочности нормальных сечений деревожелезобетонных изгибаемых элементов при однократном кратковременном статическом нагружении
- Методика испытания основных образцов на действие однократной кратковременной статической нагрузки
- Результаты испытаний деревобетонных призм
- Определение сдвигающих усилий по плоскости контакта в зоне совместного действия изгибающих моментов и поперечных сил
Введение к работе
Актуальность темы: Последние годы наблюдается резкое оживление и возрастание объемов реставрации и реконструкции зданий и сооружений, представляющих историческую ценность. При этом обязательной реконструкции в подобных сооружениях подлежат не только архитектурная часть, но и основные конструктивные элементы - фундаменты, стены, междуэтажные перекрытия и покрытия. Наиболее характерными, уязвимыми и сложно исполняемыми из названных конструктивных элементов являются междуэтажные перекрытия, имеющие в своей основе деревянные балки, которые применялись в большинстве гражданских зданий и сооружений практически до 40-х годов прошлого столетия.
Требования к памятникам архитектуры диктуют необходимость максимального сохранения и использования изначально заложенных деревянных балок междуэтажных перекрытий. Как показывает практика работ по реконструкции последних лет, деревянные балки междуэтажных перекрытий в большинстве случаев не потеряли несущей способности, за исключением тех, которые находились в неблагоприятных условиях эксплуатации. Поэтому можно продолжить их дальнейшую эксплуатацию в составе монолитных железобетонных перекрытий в качестве несущих балок. Выполнение работ по реконструкции междуэтажных перекрытий методом усиления существующих балок железобетонной плитой в США, Бельгии, Республике Чехия, России и др. доказало технологичность и малую трудоемкость, отсутствие лесов, опалубки, значительную экономию стали, возможность сохранения лепного декора, росписей потолков и т.д.
При проектировании деревожелезобетонных перекрытий одним из важных и сложных вопросов является оценка прочности таких конструкций в зоне совместного действия изгибающих моментов и поперечных сил, на сегодняшний день этот вопрос практически не изучен. Поэтому в настоящее время проектирование деревожелезобетонных конструкций ведется с
использованием методов расчета прочности наклонных сечений составных деревянных, сталежелезобетонных, железобетонных конструкций, которые не в состоянии в должной мере учитывать особенности напряженно-деформированного состояния и прочности деревожелезобетонных конструкций в зоне совместного действия изгибающих моментов и поперечных сил, что приводит к большим отклонениям и не удовлетворяет предъявляемым требованиям точности расчетов, установленных нормами проектирования строительных конструкций.
В связи с вышеизложенным, назрела необходимость в создании методики расчета прочности деревожелезобетонных изгибаемых элементов в зоне действия изгибающих моментов и поперечных сил, учитывающей особенности изменения напряженно-деформированного состояния сечений и фактические режимы деформирования бетона, арматуры и древесины в составе конструкции с учетом податливости соединения железобетонной полки и деревянной балки.
Цель и задача исследований. Целью данной работы является разработка методов расчета прочности деревожелезобетонных изгибаемых элементов в зоне совместного действия изгибающих моментов и поперечных сил с учетом физической нелинейности бетона и древесины при жестком и податливом соединении железобетонной полки с деревянной балкой при статическом нагружении.
В связи с этим в работе поставлены следующие задачи:
провести анализ существующих методов расчета прочности составных конструкций в зоне совместного действия изгибающих моментов и поперечных сил;
изучить особенности напряженно-деформированного состояния и изменения прочности деревожелезобетонных элементов в зоне совместного действия изгибающих моментов и поперечных сил с учетом физической нелинейности бетона и древесины при жестком и податливом соединении слоев;
разработать методы расчета прочности деревожелезобетонных элементов в зоне совместного действия изгибающих моментов и поперечных сил при статическом однократном нагружении при жестком и податливом соединении слоев;
провести экспериментальные исследования прочности и деформативности деревожелезобетонных балок в зоне совместного действия изгибающих моментов и поперечных сил;
выполнить проверку точности предлагаемых методов расчета прочности путем сравнения теоретических результатов с данными проведенных экспериментов.
Автор защищает:
результаты экспериментальных исследований прочности деревожелезобетонных изгибаемых элементов в зоне совместного действия изгибающих моментов и поперечных сил при однократном кратковременном статическом нагружении;
метод расчета прочности деревожелезобетонных изгибаемых элементов в зоне совместного действия изгибающих моментов и поперечных сил при жестком соединении железобетона и древесины;
метод расчета прочности деревожелезобетонных изгибаемых элементов в зоне совместного действия изгибающих моментов и поперечных сил с учетом податливости соединения между слоями;
результаты проверки точности и надежности предлагаемых методов расчета.
Научную новизну работы представляют:
аналитические зависимости для определения сдвигающих усилий по плоскости сопряжения железобетонной полки и деревянной балки в зоне совместного действия изгибающих моментов и поперечных сил с учетом податливости сдвиговых связей;
методы расчета прочности деревожелезобетонных изгибаемых элементов в зоне совместного действия изгибающих моментов и поперечных сил при жестком соединении и с учетом податливости соединения железобетонной полки с деревянной балкой;
новые экспериментальные данные о характере разрушения и развития прогибов, деформаций бетона и древесины деревожелезобетонных элементов в зоне совместного действия изгибающих моментов и поперечных сил при однократном статическом нагружении.
Практическое значение работы заключается в том, что в результате выполненных экспериментальных и теоретических исследований разработаны методы расчета прочности деревожелезобетонных изгибаемых элементов в зоне совместного действия изгибающих моментов и поперечных сил, позволяющие повысить надежность проектируемых несущих конструкций, а в ряде случаев расчетную несущую способность и за счет этого получить более экономичные конструктивные решения.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на ежегодных научно-технических конференциях КГАСУ, на международной научно-практической конференции «Город и экологическая реконструкция жилищно-коммунального комплекса XXI века», г. Москва, 2006г.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 4 печатные работы.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов и списка использованной литературы.
Общий объем работы составляет 193 страницы, в том числе - 118 страниц машинописного текста, 107 рисунков, 10 таблиц, 127 использованных источников.
Диссертационная работа выполнялась на кафедре ОФДСиИГ в 2001-2006г.г. под руководством советника РААСН, доктора технических наук, профессора И.Т.Мирсаяпова, при консультации советника РААСН, кандидата
технических наук И.С.Абдрахманова.
Методы расчета прочности нормальных сечений деревожелезобетонных изгибаемых элементов при однократном кратковременном статическом нагружении
Несмотря на достаточно большое количество исследований, эти конструкции не получили широкого распространения вследствие ряда существенных недостатков.
Во - первых, сложные реологические свойства древесины, неоднородность ее структуры не позволяют рассматривать условия деформирования деревянной арматуры аналогично стальной арматуры.
Во - вторых, совместная работа бетона и деревянной арматуры в большей степени определяется влажностью самой древесины, а также влажностью окружающей среды. Древесина в сухом состоянии поглощает влагу из бетона и разбухает, будучи гигроскопическим материалом с волокнисто-трубчатой структурой. Это приводит к появлению трещин в бетоне. При использовании влажной древесины процесс усушки нарушает надежное сцепление между бетоном и арматурой.
В - третьих, при одинаковой несущей способности, объём и масса деревобетонных балок существенно увеличивается по сравнению с железобетонными балками.
На основе новых принципов конструирования во Франции деревобетонные конструкции получают дальнейшее развитие. Инженер Ж.Шоде [127] предложил осуществить сцепление железобетонной плиты с деревянной балкой для их совместной работы, с помощью стальных гвоздей, вбиваемых в деревянную балку и являющихся таким образом продольными элементами связи. Испытания деревожелезобетонной конструкции, сооруженной по указанному принципу, были проведены в 1924 году и были получены вполне удовлетворительные результаты [127].
В 1930 году по тому же принципу на одной из построек в Филях было изготовлено несколько ребристых плит и проведены экспериментальные исследования [74]. Деревянные бруски высотой 105 мм и шириной 65 мм были уложены на двух деревянных прогонах, расположенных на расстоянии 5200 мм. Параллельно друг другу на расстоянии 210 или 200 мм между осями укладывались одиннадцать или шесть брусков (рис. 1.4). Были изготовлены две серии плит. Независимо от типа плит по оси верхней грани брусьев были вбиты стальные гвозди длиной 100 мм на глубину 60 мм, наклоненные в обе стороны к опорам под углом 45 на расстоянии 50-100 мм. На расстоянии 250 мм от опоры были забиты гвозди и в боковые грани брусков, и промежуток между брусками на этой длине был заполнен вместо шлака бетоном. По верхней грани деревянных брусьев выполнялась железобетонная плита толщиной 50 мм, армированная арматурной сеткой из обыкновенной арматурной проволоки диаметром 3 мм.
В плитах второй серии по нижней грани брусьев не выполняли штукатурное покрытие и между несущими деревянными брусьями не было заполнения.
Опытные деревожелезобетонные ребристые плиты разрушились по несущим деревянным балкам при значениях изгибающего момента М=10075 кгсм после достижения напряжениями в растянутой грани предела сопротивления древесины на растяжение.
Эта конструкция не нашла широкого распространения в отечественной практике строительства и оказалась забытой. Причиной этому, в значительной мере, является весьма скромный масштаб поставленных и проведенных исследований (всего 4 плиты). В США проводились аналитические исследования деревожелезобетонных конструкций. В 1926 году лабораторией университета штата Вашингтон совместно с техническим отделом города Сиэтл (штат Вашингтон) были начаты исследования сопряженных конструкций из дерева и бетона. Результаты этих исследований показывают следующие основные преимущества деревожелезобетонных конструкций: сопротивление сопряженных конструкций почти в два раза превышает сопротивление конструкции при работе элементов порознь; жесткость увеличивается в четыре раза, а бетонная поверхность защищает деревянную часть конструкции от атмосферных воздействий.
В лабораториях Орегонского и Иллонийского университетов США с 1935 по 1942 годы были проведены широкомасштабные лабораторные исследования для определения наиболее рационального типа соединения бетона с деревом, оптимального соотношения высот и прочностей составляющих слоев.
В опытах Иллонийского университета [115] деревобетонные балки состояли из бетонной плиты, уложенной на сплошной ряд сплоченных деревянных досок. Общая высота балок составляла 305 мм, 290 мм, 366 мм. Ширина балок зависит от количества досок в деревянном основании. Деревянное основание балок состояло: из четырех досок сечением 41,4x200 мм и трех досок сечением 41,4x140 мм (рис. 1.5).
Доски между собой сплачиваются гвоздями, болтами, нагелями. Гвозди забиваются в шахматном порядке и пробивают две доски целиком, входя на половину третьей доски. Всего было испытано 16 серий балок с различными видами соединения между бетоном и деревянным основанием.
Для поиска наиболее экономичной и эффективной конструкции элементов соединения двух материалов применялись стальные детали, закрепляемые в дереве в виде гвоздей, костылей, сплошных и трубчатых нагелей, болтов и т.д., причем эти элементы закреплялись в древесине в вертикальном или наклонном положении. Принятые конструкции элементов соединения обеспечивали совместную работу бетона и древесины в едином сечении.
Методика испытания основных образцов на действие однократной кратковременной статической нагрузки
Уход за свежеуложенным бетоном производился в соответствии со СНиП 3.03.01-87.
Для исключения влияния на результаты испытаний нарастания прочности бетона, испытание деревожелезобетонных конструкций было начато после их хранения в течении трех месяцев в условиях нормальной влажности и температуры. За это время прочностные и деформативные свойства бетона практически стабилизировались.
Прочностные и деформативные характеристики бетона опытного состава определялись испытанием вспомогательных образцов - кубов и призм, изготавливавшихся одновременно с основными образцами и хранившихся в аналогичных условиях.
Прочность бетона на сжатие определяли при испытании кубов размерами 100x100x100 мм. Призменную прочность, прочность на растяжение и модуль упругости бетона определяли по результатам испытаний бетонных призм размерами 100x100x400 мм.
Величина разрушающей нагрузки фиксировалась по показанию силоизмерителя испытательной машины ПСУ-50. Предельные деформации бетона измеряли по четырем граням образцов тензодатчиками сопротивления базой 50 мм при помощи прибора АИД-4М. Испытание вспомогательных бетонных образцов осуществлялось в соответствии с методикой ГОСТ24452-80 и ГОСТ 10180-78. Результаты испытаний приведены в таб. 2.4. Таблица 2.4.
Испытания деревожелезобетонных балок таврового сечения проводились на испытательной машине ПСУ-50. Опытные конструкции испытывались по схеме свободно - опертой балки, нагруженной двумя сосредоточенными силами, приложенными на расстоянии 300 мм (1,5хН, Н -высота балки) от опор. Расчетный пролет балки составлял 1600 мм.
Нагрузка на испытываемые деревожелезобетонные элементы передавалась с помощью металлической траверсы в двух точках - в одной через подвижный стальной каток диаметром 50 мм, а в другой через неподвижный стальной прокатный уголок.
Равномерное распределение усилия по ширине сечения, что особенно важно в составных конструкциях, обеспечивалось постановкой жестких металлических прокладок, устанавливаемых на подливке из цементно -песчаного раствора в местах опирання элементов и под опорами траверсы.
Величина нагрузки задавалась и контролировалась по манометрам испытательной машины.
В процессе испытания измеряли продольные деформации бетона и деформации деревянных элементов опытных конструкций, а также прогибы, ширину раскрытия и длину наклонных и нормальных трещин. Деформации бетона и древесины фиксировали тензодатчиками базой 50 мм совместно с электронным прибором АИД - 4М. Прогибы балок измерялись прогибомерами с ценой деления 0,01 мм, установленными в середине пролета и в опорных точках. Деформации сдвига на контакте бетона и древесины измерялись индикатором часового типа.
Расчетная схема испытания деревожелезобетонных балок и схема размещения приборов, датчиков для измерения деформаций показана на рис. 2.10+2.11. Общий вид испытаний деревожелезобетонных элементов показан на рис. 2.12+2.14.
При испытаниях нагружение производилось ступенями по 0,1 от ожидаемой разрушаемой нагрузки. На ступенях во время выдержек фиксировались деформации бетона и древесины, прогибы, характер развития, высота и ширина раскрытия трещин.
Момент образования трещин определяли визуально и по показаниям тензорезисторов. Полная разрушающая нагрузка фиксировалась по показанию силоизмерителя испытательной установки в момент физического разрушения образца. За предельное состояние принималось полное физическое разрушение образцов, характеризовавшееся разрывом растянутых волокон деревянных частей балок.
Изучение деформативности и прочности контакта (сопряжения) деревобетонных конструкций производилась в лабораторных условиях, близких к чистому сдвигу в плоскости контакта. Испытания проводились на испытательной машине ПСУ-50.
Величина нагрузки задавалась и контролировалась по маномерам испытательной машины. В процессе испытания измеряли деформации сдвига на контакте бетона и древесины с помощью индикаторов часового действия (цена деления 0,01мм). Индикаторы позволяли замерять абсолютную величину деформаций сдвига между бетоном и древесиной. Расчетная схема испытания элементов на сдвиг и схема размещения приборов показаны на рис. 2.15. Общий вид испытаний деревобетонных призм показан на рис. 2.16.
Результаты испытаний деревобетонных призм
Испытания опытных образцов показали, что характер развития трещин в деревянном брусе деревожелезобетонных балок, отличающихся возрастом древесины, в основном, происходит по общим закономерностям. Древесина опытных балок, имеющая возраст 60 и 150 лет и побывавшая в длительной эксплуатации в качестве несущих балок перекрытия, имела более высокие прочностные характеристики, чем «новая» древесина. Модуль упругости «старой» древесины опытных балок согласно результатов испытаний вспомогательных образцов, в 1,6 - 2,0 раза выше модуля упругости «новой» древесины. Этим объясняется более высокие по сравнению с балками с «новой» древесиной значения разрушающей поперечной силы, полученные при испытаниях балок серий БДБ-1 ... БДБ-4. При этом необходимо отметить, что развитие трещин в деревянном брусе балок, изготовленных из древесины шестидесяти и сто пятидесятилетнего возраста, происходит по более плавной траектории, в этих балках меньше проявляется «ступенчатое» развитие трещин. Это объясняется потерей эластичности волокон «старой» древесины вследствие длительного процесса высыхания. Картина разрушения опытных образцов с древесиной 60 и 150 летнего возраста приведена на рис. 3.1 ... 3.3.
Результаты испытаний показывают, что при одних и тех же параметрах составного сечения деревожелезобетонные конструкции с пороками древесины в зоне совместного действия изгибающих моментов и поперечных сил показали меньшую несущую способность по сравнению с элементами без дефектов структуры. Так, например, элементы БДБ-3.1 и БДБ-3.4 разрушились при значениях поперечной силы 80 - 85 кН, что существенно меньше предельной нагрузки, воспринимаемой элементами той же серии БДБ 3.2 и БДБЗ.З - 100 -120 кН.
Результаты испытаний деревожелезобетонных балок представлены в таблице 3.1. Как видно из таблицы 3.1 прочность деревожелезобетонных балок в зоне совместного действия изгибающих моментов и поперечных сил зависит от возраста древесины деревожелезобетонных балок, а также от диаметра и шага стальных гвоздей, т.е. от степени податливости контактного шва между бетоном и древесиной. Несмотря на то, что деревожелезобетонные балки серий БДБ - 5 ... БДБ - 8 имели одинаковые прочностные свойства древесины и бетона, элементы серий БДБ-7 и БДБ-8 с меньшим диаметром стальных гвоздей имели меньшие значения разрушающей поперечной силы.
При испытаниях деревожелезобетонных балок также изучалось образование и развитие трещин в бетонной полке балок при увеличении нагрузки, действующей на опытные образцы. В испытанных балках образовались по 1 или по 2 нормальные трещины в бетоне полки под каждой из металлических прокладок, через которые передавалась внешняя нагрузка. В начальной стадии эти трещины имели незначительное раскрытие (до 0,05мм) и небольшую высоту (5-8 мм). Затем по мере увеличения нагрузки происходило развитие трещин по высоте, которое сопровождалось увеличением их раскрытия. Максимальная величина раскрытия трещин в бетоне полки перед разрушением составляла около 0,1 мм., при этом максимальная высота трещин достигала до 15...23 мм. Образование и развитие нормальных трещин в нижней зоне бетонной полки деревожелезобетонных балок свидетельствует о наличии деформаций сдвига по плоскости контакта между бетоном и древесиной. Это подтверждается и закономерностями развития деформаций бетона и древесины по высоте составного сечения на различных этапах нагружения. По показаниям приборов, величина деформаций сдвига по плоскости контакта для испытанных балок составляет на момент разрушения от 0,49 до 1,92 мм.
Закономерности развития деформаций бетона и древесины по высоте составного сечения зависят от диаметра и шага стальных гвоздей в зоне сопряжения бетонной полки с деревянным брусом и, как следствие, от степени податливости шва - контакта.
На рис. 3.7 ... 3.34 приведены эпюры распределения средних деформаций по высоте сечения деревожелезобетонных балок под точкой приложения нагрузки и середине пролета на различных этапах нагружения. Как видно из этих эпюр, деформации материалов развиваются с различной интенсивностью на всем протяжении испытаний. Анализ закономерностей развития деформаций показывает, что в начальных этапах нагружения, когда уровень нагружения не превышает 0,3 Qu\t (где Quh - предельная поперечная сила, воспринимаемая элементом), степень податливости контакта небольшая и бетон и древесина деформируются совместно в едином сечении и для всего составного сечения справедлива гипотеза плоских сечений. При дальнейшем увеличении уровня нагружения, степень податливости шва контакта увеличивается и поэтому деформации бетона и древесины на уровне контакта начинают отличаться друг от друга и в какой то момент в пределах составного сечения появляются две нейтральные оси, две сжатые и две растянутые зоны. Однако необходимо отметить, что несмотря на появление двух сжатых и двух растянутых зон, полного нарушения совместной работы бетона и древесины не происходит, так как, во-первых, не происходит полного разрушения бетонной части; во-вторых, деформации в сжатой части деревянного бруса существенно меньше деформаций в
Определение сдвигающих усилий по плоскости контакта в зоне совместного действия изгибающих моментов и поперечных сил
Как видно из рис.4.1. на уровне контактной поверхности бетона и древесины имеется скачок в эпюре нормальных напряжений по высоте сечения, вызванный разностью деформативных свойств материалов. В общем случае модуль упругости бетона 1,5 - 5.0 раза (нижняя граница соответствует расчетам по второй группе, а верхняя граница - расчетам по первой группе предельных состояний) больше модуля упругости древесины, а предельные деформации древесины на порядок выше аналогичных деформаций бетона. По этой причине на уровне контактной поверхности деформации бетона были бы меньше деформаций древесины, если бы они деформировались раздельно. Однако при жестком объединении железобетонной полки и деревянной балки соблюдается условие совместности деформаций материалов в плоскости сопряжения, и деформации бетона равняются деформациям древесины.
Поэтому с увеличением несоответствия в деформациях составляющих материалов увеличивается скачок напряжений на уровне плоскости сопряжения бетона и древесины. С увеличением модуля упругости древесины интенсивность изменения напряжений в древесине уменьшается, а в монолитном бетоне увеличивается. При увеличении модуля упругости монолитного бетона, интенсивность изменения напряжений в древесине увеличивается, а в монолитном бетоне уменьшается. Вследствие того, что арматура препятствует свободному протеканию неупругих деформаций бетона и древесины, в ней происходит нарастание напряжений по мере увеличения неупругих деформаций составляющих материалов деревожелезобетонного элемента. Влияние арматуры проявляется тем сильнее, чем большей деформацией обладают бетон и древесина; чем выше их модуль упругости, тем больше содержание арматуры. При увеличении разницы в величинах модулей упругости бетона и древесины, задерживающее влияние монолитного бетона увеличивается, следовательно, разгрузка древесины протекает более интенсивно. В этих условиях деформативность древесины оказывает определяющее влияние.
Таким образом, при нагружении в деревожелезобетонных конструкциях из-за разности прочностных и деформативных свойств бетона и древесины при их неупругом деформировании происходит перераспределение усилий в составных частях сечения, в результате чего, при увеличении неупругих деформаций, напряжения в древесине уменьшаются, а в монолитном бетоне увеличиваются. Необходимо добавить так же, что с увеличением неупругих деформаций материалов, уменьшается скачок напряжений в нормальном сечении на уровне плоскости сопряжения бетона и древесины.
Поскольку значения изгибающего момента изменяются вдоль «пролета среза», эти дополнительные нормальные напряжения имеют неравномерный характер распределения по длине приопорной зоны. Из условия равновесия дтху д(7х ду ох вытекает, что неравномерно распределенные по высоте и вдоль «пролета среза» дополнительные нормальные напряжения, возникающие из-за ползучести бетона и древесины, вызывают появление дополнительных касательных напряжений в бетоне и древесине сжатой зоны.
Рассмотренные выше особенности напряженно-деформированного состояния справедливы только в случае «жесткого» объединения древесины и бетона, т.е. когда на уровне плоскости сопряжения соблюдается условие совместности деформаций sl=sed (где , -относительные деформации бетона и древесины на уровне контакта). В то же время, соблюдение этого условия приводит к выявлению сдвигающих усилий по плоскости сопряжения бетона и древесины. Причем, как было сказано выше, величина этих сдвигающих усилий увеличивается с увеличением разницы между величинами модулей упругости бетона и древесины и уменьшается с увеличением неупругих деформаций материалов. Следовательно, напряженно-деформированное состояние деревожелезобетонного элемента кроме прочностных и информативных свойств материалов зависит также и от степени совместного деформирования бетона и древесины в едином сечении, т.е. от степени податливости соединения бетона и древесины на уровне плоскости сопряжения.
При увеличении податливости соединения уменьшается скачок напряжений на уровне плоскости сопряжения, но одновременно увеличиваются напряжения в монолитном бетоне и древесине, а в некоторых случаях появляются две нейтральные оси, две растянутые и две сжатые. Этот фактор является неблагоприятным, так как, в конечном счете приводит к уменьшению предельной несущей способности деревожелезобетонного элемента в зоне совместного действия изгибающих моментов и поперечных сил по сравнению с «жестким» объединением бетона и древесины.
Таким образом, напряженно-деформированное состояние и прочность деревожелезобетонных изгибаемых элементов в зоне совместного действия изгибающих моментов и поперечных сил наряду с прочностными и деформативными характеристиками материалов и компоновки сечения существенно зависит от прочности и податливости соединения между бетоном и древесиной.
Представим составную балку без связей между слоями при поперечном изгибе, которого, вследствие того, что железобетонная плита и деревянная балка друг с другом не соединены, произойдет сдвиг одного слоя относительно другого (рис. 4.2 а). При этом силы трения между бетоном и древесиной невелики, чем можно пренебречь.
