Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Проблемы проектирования консольных опорригелей с подрезкой. цель и задачи исследований 10
1.1. Конструктивные решения 10
1.2. Программы и результаты исследований 12
1.3. Существующие методы расчёта 19
1.4. Цель и задачи исследований 31
ГЛАВА 2. Экспериментальные исследования 32
2.1. Программа экспериментальных исследований 32
2.2. Проектирование опытных образцов 34
2.3. Физико-механические свойства бетона и арматуры 38
2.4. Методика испытаний 40
2.5. Исследования характера деформирования опорных участков ригелей методом цифровой обработки образов 42
2.5.1. Метод цифровой обработки образов 42
2.5.2. Определение полей перемещений, деформаций сдвига и объёма, прогибов, наличия трещин, ширины их раскрытия в консольной опоре ригеля методом PIV 44
2.6. Исследование напряжённо-деформированного состояния консольных опор ригелей с подрезкой на основе численного эксперимента 63
ГЛАВА 3. Результаты экспериментальных исследований консольных опор ригелей 73
3.1. Образование и развитие трещин 73
3.2. Схемы разрушения 86
3.3. Особенности напряжённо-деформированного состояния 90
3.4. Развитие классификации трещин и схем разрушения 93
Выводы и результаты по 3-й главе: 96
ГЛАВА 4. Совершенствование метода расчёта прочности бетона сжатых полос консольных опор ригелей наоснове стержневых моделей 97
4.1. Модификации стержневых моделей консольных опор ригелей 101
4.2. Построение расчётных моделей при изменении пролёта среза 102
4.3. Предельные состояния в расчётных сечениях консольных опор. Расчётные зависимости 112
4.4. Критерии прочности бетона 118
4.5. Оценка предлагаемого метода расчёта прочности бетонных полос консольных опор ригелей на основе стержневых моделей 120
4.6. Расчёт сосредоточенной поперечной арматуры консольной опоры ригеля 125
Выводы и результаты по 4-й главе: 126
Заключение 127
- Программы и результаты исследований
- Физико-механические свойства бетона и арматуры
- Особенности напряжённо-деформированного состояния
- Оценка предлагаемого метода расчёта прочности бетонных полос консольных опор ригелей на основе стержневых моделей
Введение к работе
Актуальность темы диссертации. Современное состояние рынка недвижимости диктует требования к конструктивным системам зданий. К ним относятся: обеспечение гибких объемно-планировочных решений, повышение комфортности, обеспечение ресурсосбережения на стадии проектирования и строительства, высокий темп возведения зданий. Поставленные задачи решаются на основе снижения материалоёмкости зданий путем применения современных конструктивных систем, рациональных технологий и эффективных строительных материалов, а также максимального использования прочностных характеристик и совершенствования методов расчета несущих конструкций.
Решению поставленных задач в сфере капитального строительства многоэтажных зданий отвечают индустриальные железобетонные конструкции межвидовых связевых каркасов серий 1.020-1/87 и 1.020-1 массового использования. В последние годы ведутся работы по совершенствованию конструктивных решений элементов каркаса, направленные на укрупнение модульной ячейки и повышение полезной нагрузки на перекрытия. Однако целый ряд проблем остаётся нерешённым. Одной из таких проблем является оценка прочности сжатых полос бетона, расположенных между наклонными трещинами в ригелях с подрезками.
Опорная часть ригеля, образованная подрезкой, представляет собой короткую консоль. В настоящее время сводом правил по проектированию и строительству СП 52- 101-2003 «Бетонные и железобетонные конструкции без предварительного напряжения арматуры» не рассматривается расчёт и конструирование коротких консолей. В СП 63.13330.2012 «Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения. Актуализированная редакция СНиП 52-01-2003» приведён расчёт на действие поперечной силы для обеспечения прочности по наклонной сжатой полосе между грузом и опорой коротких консолей колонн.
Таким образом, проведение экспериментально-теоретических исследований по совершенствованию практического метода расчёта прочности сжатых полос бетона консольных опор ригелей многоэтажных каркасов массового использования является актуальной задачей.
Степень разработанности темы диссертации. Теоретическими основами работы стали исследования российских и зарубежных авторов, посвященные изучению физической работы коротких элементов. Основными
являются работы Т.И. Барановой, А.С. Залесова, К.Н. Безухова, М.С. Боришан-ского, А.А. Гвоздева, Н.И. Карпенко, Ю.А. Климова, Б.А. Кудрина, Н.Н. Коровина, Б.С. Соколова, В.А. Отсмаа, G.N.J. Каni, A.H. Mattok.
В СП 52-101-2003 «Бетонные и железобетонные конструкции без предварительного напряжения арматуры» и СП 63.13330.2012 «Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения. Актуализированная редакция СНиП 52-01-2003» для расчёта прочности сжатых полос бетона между наклонными трещинами при действии поперечных сил принята эмпирическая зависимость для изгибаемых элементов (балок).
Рекомендации по расчёту коротких консолей (колонн и балок) содержит пособие по проектированию бетонных и железобетонных конструкций из тяжёлых и лёгких бетонов без предварительного напряжения арматуры к ранее действующему СНиП 2.03.01-84*. Построение стержневой модели и оценка прочности сжатой бетонной полосы короткой консоли балки приняты по аналогии короткой консоли колонны.
В ранее проведённых исследованиях ПГУАС под руководством профессора Т.И. Барановой совместно с НИИЖБ предложена гипотеза наличия условных грузовых опор, образованных жёсткими узлами пересечения сосредоточенной поперечной арматуры, устанавливаемой за подрезкой, с продольной арматурой ригеля. Экспериментальных исследований о влиянии условных грузовых опор на сопротивление сжатых полос бетона коротких консолей ригелей не проводилось. Также не проводились исследования прочности сжатых полос бетона при пролётах среза а<0,9h01.
Цель работы – совершенствование метода расчёта сжатых полос бетона консольных опор ригелей с подрезками для многоэтажных сборных каркасов.
Основные задачи исследования:
проанализировать результаты проведённых ранее исследований и существующих методов расчёта прочности сжатых полос бетона консольных опор ригелей и опорных зон балок;
провести экспериментальные исследования прочности сжатых полос бетона консольных опор ригелей при изменении длины условных грузовых площадок, образованных узлами сопряжения дополнительной сосредоточенной арматуры, устанавливаемой за подрезкой, с продольной арматурой ригеля при пролётах среза а2,5h01;
провести исследования численным методом напряжённо-деформированного состояния бетона в сжатых полосах консольных опор ригелей;
усовершенствовать построение стержневой модели сжатой полосы бетона короткой консоли ригеля на основе принятой нормативной методологии и гипотезы образования условных внутренних грузовых опор (площадок);
разработать практические рекомендации по расчёту прочности сжатых полос бетона консольных опор ригелей.
Научная новизна.
Усовершенствована стержневая модель сжатой полосы бетона короткой консоли ригеля на основе результатов физического, численного экспериментов и гипотезы образования условных грузовых опор, которая соответствует экспериментальными данным. Расчётная разрушающая сила повышается в 1,3 раза, обеспечивая требуемую безопасность при соотношении Ftest/Fcalc 1,20;
получено соотношение длины условных грузовых и опорных площадок, при котором происходит формирование и разрушение сжатых полос бетона
( l/sup,v 1/2 lsup,d );
установлено, что расчёт количества сосредоточенной поперечной арматуры, расположенной за консольной опорой по высоте ригеля, следует выполнять на всю поперечную силу;
предложена методика расчёта прочности сжатой полосы бетона короткой консоли ригеля на срез по направлению жёстких узлов сопряжения сосредоточенной поперечной арматуры с продольной арматурой ригеля, которая подтверждается опытными данными при соотношении Ftest/Fcalc 1,15.
Теоретическая и практическая значимость работы.
На основе экспериментальных исследований разработана методика расчёта прочности сжатых полос бетона консольных опор ригелей сборных многоэтажных каркасов, предложены рекомендации по расчёту сосредоточенной поперечной арматуры, расположенной за консольной опорой ригеля.
Расширена экспериментальная база коротких консолей балок в развитие СНиП 52-01-2003 «Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения» и СП 63.13330.2012 «Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения. Актуализированная редакция СНиП 52-01-2003».
Разработаны практические рекомендации по расчёту прочности сжатых полос бетона консольных опор ригелей многоэтажных каркасов массового использования при различных пролётах среза.
Получены расчётные зависимости для определения прочности сжатых полос бетона консольных опор ригелей с подрезками.
Методология и методы исследования. Используется экспериментально-теоретический метод. В теоретических и численных исследованиях применены существующие методы расчёта железобетонных конструкций, теории силового сопротивления бетона сжатию.
При проведении экспериментов использовались методы, основанные на действующих нормативных документах, регламентирующих испытания железобетонных конструкций.
Положения, выносимые на защиту:
результаты экспериментальных исследований прочности сжатых полос бетона консольных опор ригелей между опорной и условной грузовой площадкой, образованной узлом сопряжения пакета дополнительной сосредоточенной поперечной арматуры Asw1 с арматурой ригеля A/s, и между опорной и физической грузовой площадками с пролётами среза а<0,9h01 при различных длинах условных грузовых площадок и схемах нагружения;
характер образования, развития трещин и схем разрушения сжатых полос бетона короткой консоли ригеля;
методика расчёта сосредоточенной поперечной арматуры, расположенной за консольной опорой ригеля;
усовершенствованная нормативная стержневая модель сжатой полосы бетона короткой консоли ригелей при расчёте бетона на сжатие;
стержневая модель сжатой полосы бетона на срез при совместном действии сжатия и растяжения;
расчётные зависимости для определения прочности сжатых полос бетона консольных опор ригелей.
Достоверность результатов исследований подтверждается:
применением современных методов строительной механики и теории железобетона, хорошей сходимостью теоретических данных с результатами экспериментальных исследований на натурных образцах;
использованием современных измерительных комплексов и высокоточного автоматизированного оборудования для проведения испытаний;
- применением вероятностно-статического метода обработки
полученных экспериментальных данных.
Апробация работы.
Основные положения и результаты диссертационного исследования докладывались и обсуждались на международных научно-технических конференциях, в том числе на трёх научно-технических конференциях «Эффективные строительные конструкции: теория и практика» (г. Пенза, 2014, 2015, 2016 гг.); на VIII Академических чтениях РААСН Международной научно-технической конференции «Механика разрушения строительных материалов и конструкций» (г. Казань, 2014 г.).
Область исследования соответствует требованиям паспорта научной специальности ВАК 05.23.01 – Строительные конструкции, здания и сооружения, а именно п. 3 «Создание и развитие эффективных методов расчёта и экспериментальных исследований вновь возводимых строительных конструкций, наиболее полно учитывающих специфику воздействий на них, свойства материалов, специфику конструктивных решений и другие особенности».
Внедрение результатов исследований. Диссертационная работа выполнялась на основе программы РААСН «Безопасность и эффективность многоэтажных железобетонных каркасов зданий и сооружений» № гос. регистрации 01201255198.
Результаты диссертационной работы используются в ведущих проектных организациях города Пензы ООО «Гражданпроект» и ООО «Облкоммун-жилпроект» при проведении расчётов прочности консольных опор ригелей с подрезкой серий 1.020-1 и 1.020-1/87 и в учебном процессе при изучении дисциплины «Железобетонные конструкции» в разделе «Расчёт изгибаемых элементов на действие поперечной силы»; при выполнении курсового проекта «Многоэтажное промышленное здание» студентами 3 курса и выпускной квалификационной работы студентами 4 курса, обучающимися по направлению подготовки 08.03.01. «Строительство» направленности «Промышленное и гражданское строительство».
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 10 работ, в том числе 6 статей в научных рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка литературы и приложений. Работа изложена на
145 страницах, включая 128 страниц машинописного текста диссертации, 93 рисунка, 5 таблиц, список литературы из 119 наименований и 3 приложения.
Программы и результаты исследований
Существующие в настоящее время методы расчёта коротких консолей балок, наклонных сечений в подрезках и сжатых бетонных полос, расположенных между наклонными трещинами, можно разделить на нормативные методы расчёта, базирующиеся на расчётных сечениях, и методы расчёта, базирующиеся на расчётных стержневых и каркасно-стержневых моделях.
В настоящее время свод правил СП 52-101-2003 «Бетонные и железобетонные конструкции без предварительного напряжения арматуры» к СНиП 52-01-2003 не содержит рекомендаций по расчёту коротких консолей колонн и балок (с подрезками). Для элементов с резко меняющейся высотой сечения (имеющих подрезки) производится расчет по поперечной силе для наклонных сечений, проходящих у опоры консоли, образованной подрезкой (рисунок 1.8), на действие поперечной силы и на действие изгибающего момента как для обычных балок. При этом в расчётные формулы вводится рабочая высота h01 короткой консоли, образованной подрезкой (п. 3.48; 3.49 [96]).
Одним из видов разрушения приопорных участков ригелей, установленных в экспериментальных исследованиях [85], является разрушение по расчётному нормативному наклонному сечению, проходящему через входящий угол подрезки.
Этот вид разрушения представляет собой наклонную трещину, отличающуюся от подобных трещин в обычных балках тем, что она имеет фиксированное начало. Кроме того, рекомендуется производить армирование подрезок сосредоточенной поперечной арматурой в виде вертикальных устанавливаемых за подрезкой хомутов. Поэтому в начало трещины попадает указанная сосредоточенная арматура и это будет также отличительной особенностью трещины Т-1 (см. рисунок 1.4). Экспериментально установлено [85], что трещина Т-1 развивается (смещается от входящего угла подрезки) по линии меньшего сопротивления и при Asc Aswi она сначала пересекает арматуру Asc, а при 4sc swb соответственно, трещина Т-1 сначала пересекает арматуру Аш\.
Расчёт коротких консолей балок (с подрезкой) выполняют по невыгоднейшим наклонным сечениям (рисунок 1.8), рекомендованным [96].
Разрушение по нормативному наклонному сечению [85] соответствует положению силы при пролёте среза a \,5h01.
Еще одним видом разрушения опорных участков ригелей, полученных экспериментально, является наклонное сечение, расположенное в нижнем углу подрезки и проходящее по всей высоте ригеля. Рисунок 1.8 - Невыгоднейшие наклонные сечения в элементе с подрезкой: 1 - наклонная сжатая полоса; 2 - при расчёте по поперечной силе; 3 - то же, по изгибающему моменту; 4 - по изгибающему моменту вне подрезки [96, черт.24]
Этот вид разрушения соответствует пролёту среза a=2,5h01 (т.е. экспериментально изучались одинаковые образцы при пролётах среза a=0,9h01; l,5h0i , 2,5h0i) и представляет собой разрушение по всей высоте ригеля по наклонной трещине, расположенной у нижнего угла подрезки.
Трещина Т-2 (см. рисунки 1.4 и 1.8) также развивается по линии наименьшего сопротивления, может пересекать сосредоточенную поперечную арматуру, минуя продольную арматуру ригеля, если Аш1 А&, а может пересекать продольную арматуру ригеля, минуя сосредоточенные хомуты, если Аш1 А&. В исследуемых образцах ригелей [85] установлена замкнутая дополнительная сосредоточенная арматура Аш1 (два [- образных стержня, сваренных между собой), а продольная арматура As надёжно заанкерена (приварены коротыши).
Трещина Т-2 пересекает сосредоточенные у опоры хомуты, т.к. Аш1 А&, Сопоставляя схемы предельных усилий в трещинах Т-2 и Т-1 на основе метода расчета наклонных сечений, принятого СНиП 2.03.01-84 и СНиП 52-01-2003, можно отметить, что качественно эти схемы одинаковы. Следовательно, условия прочности, принятые для нормативного сечения, будут справедливы и для предлагаемого сечения.
Количественно результаты расчетных и опытных величин сил разрушения предлагаемого сечения по трещинам Т-2 и Т-1 отличаются. Разрушение по трещине Т-1 происходит при положении силы нагружения на расстоянии a=l,5h0i от оси опоры, разрушение по трещине Т-2 - на расстоянии a=2,5h0i.
По зависимостям Q Qb +QSW на действие поперечной силы по наклонной трещине и M RsAszs+ZRswAswzsw+ZRswAs4ns,zs,ins на действие изгибающего момента [96] были рассчитаны образцы ригелей, в которых разрушение происходит по наклонным трещинам, проходящим через подрезку. Анализ результатов расчета показывает (рисунок 1.9), что наиболее близкими по значению являются опытные разрушающие силы и расчетные разрушающие силы, определенные из условия прочности по моменту.
Физико-механические свойства бетона и арматуры
В работе для определения перемещений и наличия трещин в ригеле с подрезкой используется метод цифровой обработки образов PIV [ПО, 113, 114]. PIV относится к классу бесконтактных методов измерений, где путем обработки цифровых изображений могут быть получены поля перемещений частиц, деформаций сдвига, объема.
Измерение поля перемещений в заданной плоскости основано на измерении перемещения отдельных частиц, для чего поверхность должна иметь некоторую текстуру. Образы частиц регистрируются на цифровую камеру. Последующая обработка изображений позволяет рассчитать смещения частиц за некоторое время, построить двухкомпонентное поле перемещений.
Алгоритм работы PIV-метода показан на рисунке 2.4. Стандартный алгоритм включает следующие процедуры: 1. Разбиение пары изображений на элементарные расчетные области равного размера (рисунок 2.4). 2. Расчет кросскорреляционной функции. 3. Нахождение максимума корреляционной функции. 4. Подпиксельная интерполяция максимума корреляционной функции. В работе используется кросскорреляционный алгоритм, когда начальные и конечные положения частиц фиксируются на разные снимки. Алгоритм основан на использовании двух изображений образов частиц, полученных в два последовательных момента времени с задержкой между ними, например, на разных ступенях нагрузки. остаются постоянными. На конечном изображении определяется зона поиска (рисунок 2.5), размер которой следует ограничивать. Обычно измеряемое смещение частиц внутри области расчета в случае PIV-измерений равно четверти области расчета.
Для повышения точности расчета векторов перемещений и увеличения динамического диапазона в современных PIV-системах используют адаптивные подходы расчета поля перемещений, которые по своей сути являются итерационными методами с компенсацией смещения частиц.
Основная идея итерационных методов состоит в обработке одной и той же области несколько раз, при этом результат предыдущей итерации используется в качестве оценки для параметров обработки на следующей итерации. Таким образом достигается хорошая сходимость результатов обработки и повышение точности полученных результатов. При расчете корреляционной функции используются элементарные области, смещенные на вектор, найденный на предыдущей итерации. При этом на каждой итерации проводится отсев ошибочных векторов, их интерполяция, а также переразбиение изображения на расчетные области меньшего размера. Целью смещения окон является желание добиться максимального совпадения между ними.
С целью определения полей деформаций, прогибов, наличия трещин в консольной опоре ригеля при нагружении методом цифровой обработки образов были проведены подготовительные работы (рисунок 2.6).
Для сопоставления параметров модели отображения системы первоначальных координат изображения с системой последующих применялась калибровка камеры. Калибровка — это процесс переопределения координат изображения (в пике) в физические координаты объекта (в мм). Калибровка осуществляется по набору калибровочных маркеров (калибровочной мишени).
Расчетная область должна содержать достаточную текстуру для получения острого корреляционного пика. Поэтому на бетон была нанесена дополнительная искусственная текстура однородного состава с оптимальным размером частиц на изображении 1,5-2,5 пикселя, а также с хорошим контрастом света и тени на ней.
Объект съемки был равномерно освещен. Размещение осветительных приборов не создавало бликов и отражений на снимке. Яркость подсветки была достаточно высокой.
Режим съемки фотокамеры выбирался ручной. Фотокамера была установлена так, чтобы матрица камеры была компланарна плоскости фотографируемой поверхности (для уменьшения геометрических искажений). Искажения изображения увеличиваются также с расширением угла обзора, поэтому использовался телеобъектив. Производилось тщательное визуальное наблюдение за появлением и развитием трещин. Ширина раскрытия трещин замерялась трубкой Бринелля. Далее представлены результаты измерения перемещений, деформаций сдвига и объема на различных ступенях нагружения и разгрузки консольной опоры ригеля.
Особенности напряжённо-деформированного состояния
В связи с тем, что в данной работе ставилась задача изучения характера сопротивления бетона в сжатых полосах консольных опор ригелей с подрезкой с учётом наличия условных опор (грузовых и опорных площадок) - узлов пересечения специальной сосредоточенной поперечной арматуры ригелей A7S, в расчётные схемы введены конечные элементы с более высокими показателями жёсткости, имитирующие пакет хомутов, сосредоточенных за подрезкой, условные грузовые и опорные площадки, продольную арматуру ригеля и опорной консоли, рядовые хомуты.
В расчётных схемах подобно образцам II серии пролёт среза принимался яАл=0,9;1,5. Расчётная схема показана на рисунке 2.27.
Напряжённо-деформированное состояния консольных опор ригелей с подрезкой изучалось на основе программного комплекса «Лира-САПР 2013». На рисунках 2.28-2.32 показаны изополя напряжений в консольных опорах ригелей с подрезками при пролёте среза аЛі0ї=0,9. Для выявления закономерностей в формировании наклонных сжатых и сжато-растянутых полос бетона в зависимости от характера армирования поперечной и продольной арматурой анализируется характер напряженно-деформированного состояния ригелей с подрезкой до образования трещин, учитывается только качественная картина распределения напряжений.
Особенность конструктивного решения приопорной части ригелей с подрезкой заключается в наличии 2-х узлов сопряжения продольной арматуры ригеля и консоли с пакетом вертикальных хомутов, расположенных за подрезкой.
При небольших пролетах среза a/h0=0,9 происходит концентрация главных напряжений (см. рисунки 2.30 и 2.31) в большей мере в верхнем узле сопряжения. При этом изменяется характер траекторий главных сжимающих Oi напряжений при пересечении пакета хомутов. Образуются как бы две зоны напряженного состояния под грузовой и над опорной площадкой. При распределении главных растягивающих напряжений о2 зона максимальных растягивающих усилий под грузовой площадкой вытягивается в сторону вертикальной оси симметрии балки. Над опорной площадкой главные растягивающие напряжения концентрируются в наклонную зону, проходящую над вершиной угла подрезки. Анализируя углы наклона главных напряжений, целесообразно отметить их крюкообразный поворот над опорной консолью, а также над верхним и нижним узлами сопряжения продольной и поперечной арматуры. К особенности характера распределения главных растягивающих напряжений следует отнести тот факт, что максимальные значения напряжений и их концентрация в зоне нижнего узла сопряжения продольной арматуры ригеля с хомутами, расположенными за подрезкой, смещаются, удаляясь от точки пересечения вертикальной и продольной оси узла в сторону грузовой площадки. Эта зона объединяется зоной больших концентраций растягивающих напряжений, расположенной над верхним узлом сопряжения арматуры, образуя единую наклонную зону концентрации растягивающих напряжений.
Таким образом, основной особенностью характера распределения главных напряжений, является зигзагообразное изменение траекторий максимальных сжимающих напряжений оі в уровне верха вертикальных хомутов. В результате возникает три сжатых характерных участка бетона, расположенных между грузовой и опорной площадкой, а также грузовой площадкой и верхним и нижним узлом сопряжения арматуры. Средний угол наклона главных сжимающих напряжений, концентрирующихся над опорной площадкой, приближается к углу наклона линии, соединяющей центр опорной площадки консоли с центром тяжести вертикальных хомутов, сосредоточенных у подрезки, на уровне верхней продольной арматуры ригеля (см. рисунок 2.31).
Растягивающие напряжения в результате их концентрации образуют два характерных наклонных участка - под грузовой площадкой и над вершиной внутреннего угла подрезки. Эти участки выделены линиями максимальных растягивающих напряжений о2 и показаны на рисунке 2.30.
Изополя касательных напряжений тху показаны на рисунке 2.32. Концентрация касательных напряжений возникает под грузовой и над опорной площадками. Величина касательных напряжений достигает максимальных значений непосредственно под грузовой площадкой и уменьшается по направлению к середине ригеля.
Оценка предлагаемого метода расчёта прочности бетонных полос консольных опор ригелей на основе стержневых моделей
При рассмотрении схем разрушения бетона в сжатых полосах консольных опор ригелей, полученных при проведении экспериментальных исследований, целесообразно рассмотреть и принять за основу известную схему разрушения сжатой полосы бетона от сжатия между опорной и грузовой (физической) площадкой при пролётах среза a=0,9ho\ и a=\,5ho\ [85, 46], также полученную в проведённых автором исследованиях.
Разрушение образца консольной опоры БС-2 (пролёт среза a=0,9hoi) происходит при активном развитии наклонных трещин, траектории которых направлены к центру приложения внешней силы (рисунок 3.11).
При нагрузке 60 кН появляются две видимые трещины, после повышения нагрузки они распространяются в верхней части ригеля. Высота наклонной сжатой полосы бетона, в пределах которой располагаются трещины, то есть зоны разрушения, примерно равна 0,8 от высоты консоли ригеля.
Разрушение характеризуется образованием серии наклонных прерывистых трещин с одновременным разрушением (раздроблением) бетона в наклонной полосе над опорной площадкой.
Такой вид разрушения принято считать разрушением сжатых полос бетона в результате сжатия. Типичным для указанной схемы является местное разрушение бетона над опорной площадкой.
Рассмотрим серии консольных опор БП-1-1-БП-1-3, БП-2-1-БП-2-3, армированные пакетом сосредоточенных хомутов с длиной условной грузовой площадки tsuPtV, равной 80 мм и 120 мм (рисунки 3.12, 3.13).
Разрушение образцов консольных опор характеризуется развитием серии наклонных прерывистых трещин над опорной площадкой, которые многоэтажно расположены вдоль пакета сосредоточенных хомутов почти по всей высоте консоли. Особенностью является то, что развитие этих трещин происходит, как только они достигают вертикального сечения, в котором располагается пакет сосредоточенных хомутов.
Схемы развития трещин в образце БП-2-2 при поэтапном приложении нагрузки при: а - 166 кН; б - 333 кН; в - 516 кН При повышении нагрузки происходит местное разрушение бетона, одновременно прерывистые трещины вдоль вертикальных хомутов сливаются.
Разрушение происходит в результате среза бетона над сжатой полосой с одновременным разрушением сжатой полосы в результате её сжатия и среза по вертикальному сечению между гранями опорной и условной грузовой площадок.
Схему разрушения предлагается классифицировать как комбинированную схему разрушения в результате среза при совместном действии сжатия и среза.
В образцах консольных опор I—II серий увеличение пролёта среза от 0,9/г0і до 2,5/г0і не приводит к изменению схемы разрушения. Этому способствует наличие условной грузовой площадки, образованной узлом пересечения мощных сосредоточенных хомутов, установленных за подрезкой, с продольной арматурой ригеля. Особенностью предельного состояния является разрушение бетона по всей высоте консольной опоры ригеля.
Рассмотрим схемы разрушения образцов консольных опор III серии БС-1 (рисунок 3.14) и БС-3 (рисунок 3.15). Образцы армированы сосредоточенной арматурой в виде хомута с длиной условной грузовой площадки tsup v, равной 40 мм. Загружение образца БС-1 производилось при физической грузовой площадке длиной lsup v, равной 150 мм, при совпадении граней физической и условной грузовых площадок относительно опорной.
Разрушение характеризуется развитием серии наклонных прерывистых трещин над опорной площадкой по направлению центра приложения внешней силы с многоэтажным расположением (одна над другой) вдоль вертикального сосредоточенного хомута.
Схемы развития трещин в образце БС-1 при поэтапном приложении нагрузки при: а - 165 кН; б - 247 кН; в - 333 кН
При увеличении нагрузки прерывистые наклонные трещины вдоль сосредоточенного хомута сливаются, одновременно разрушается бетон над опорной площадкой.
Разрушение происходит в результате среза бетона над сжатой полосой с одновременным разрушением сжатой полосы в результате её сжатия и среза между гранями грузовой (физической) и опорной площадок.
Данное разрушение и предельное состояние подобно разрушению и предельному состоянию образцов I и II серий.
Разрушение образца консольной опоры БС-3 (пролёт среза a=l,5h01) происходит при активном развитии наклонных прерывистых трещин, траектории которых направлены к центру приложения внешней силы (см. рисунок 3.14).
При увеличении нагрузки происходит разрушение бетона в сжатой полосе в границах трещины Т-1 (STC-1) вдоль сосредоточенного хомута. Зона разрушения примерно равна 0,4 высоты консоли ригеля. При нагрузке, равной 0,6 от разрушающей, происходит поэтапное образование наклонных прерывистых трещин по обе стороны сосредоточенного хомута с одновременным разрушением нижележащего бетона над наклонной полосой от совместного действия сжатия и среза на участке шириной около 12 см. Высота зоны разрушения составляет 0,7 высоты консольной опоры.
Разрушение заканчивается вертикальным срезом бетона по грани условной грузовой площадки. Схема разрушения и предельное состояние консольной опоры БС-3 подобно схемам разрушения образцов I и II серий.
В этом разделе ставится задача оценить особенности напряжённо-деформированного состояния испытанных консольных опор ригелей, выявленные при проведении физического эксперимента методом цифровой обработки образов (изложен во 2-й главе). Для сопоставления результатов измерений при проведении физического эксперимента и результатов, полученных методом цифровой обработки образов, были построены графики сравнения перемещений и ширины раскрытия трещин (рисунки 3.16 и 3.17). Характер разрушения консольной опоры ригеля при физическом эксперименте полностью подтверждается исследованиями методом цифровой обработки образов.