Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса и задачи исследований 13
1.1.Предложения по расчету расстояния между трещинами 13
1.1.1. Предложения первой группы 13
1.1.2. Предложения второй группы 17
1.1.3. Предложения третьей группы 19
1.1.4. Предложения четвертой группы 21
1.2. Предложения по расчету ширины раскрытия трещин 22
1.2.1. Предложения первой группы 24
1.2.2. Предложения второй группы 28
1.2.3. Предложения третьей группы 32
1.2.4. Предложения четвертой группы 35
1.3. Анализ исследований бетона и железобетона с позиции механики разрушения, проведенных в последние годы 41
1.4. Выводы и постановка задач исследований 52
2. Практический способ расчета СГС и АСГС центрально растянутых железобетонных элементов с учетом эффекта нарушения сплошности 56
2.1, Развитие гипотез механики разрушения в расчете железобетонных конструкций 56
2.1.1.3онапредразрушения 57
2.1.2. Зависимости механики разрушения для бетона и определение соответствующих констант 60
2.1.3. Гипотезы и предпосылки 65
2.1.4. Вырезание двухконсольного элемента, включающего трещину, в железобетонном центрально растянутом элементе 66
2.2. Методика определения расстояния между трещинами в центрально растянутых железобетонных элементах 77
2.3. Методика определения ширины раскрытия трещин в центрально растянутых железобетонных элементах 87
2.4. Выводы 92
3. Анализ проведенных экспериментальных исследований расстояния между трещинами и ширины раскрытия трещин центрально растянутых железобетонных элементов 94
3.1. Экспериментальные исследования центрально растянутых железобетонных элементов 95
3.1.1 Конструкция опытных образцов и технология их изготовления 95
3.1.2 Методика испытаний 99
3.1.3 Основные результаты исследований ширины раскрытия трещин и расстояния между ними 102
3.2. Экспериментальные исследования деформирования и трещиностойкоста тонкостенных элементов на центрально растянутых железобетонных кольцах 113
3.2.1 Конструкция опытных образцов и технология их изготовления 113
3.2.2 Методика исследований опытных тонкостенных железобетонных элементов 124
3.2.3 Основные результаты и их анализ 128
3.3. Выводы 132
4. Численные исследования. сопоставление экспериментальных и расчетных значений ширины раскрытия трещин 135
4.1. Алгоритмы и примеры расчетов ширины раскрытия трещин железобетонных элементов 136
4.2. Анализ влияния основных расчетных факторов на расстояние между трещинами и ширину раскрытия трещин центрально растянутых железобетонных конструкций 152
4.2.1. Влияние основных расчетных параметров на 1т 152
4.2.2. Влияние основных расчетных параметров на ат 159
4.3. Сопоставление экспериментальных и расчетных результатов расстояние между трещинами и ширины раскрытия трещин железобе тонных элементов и оценка предлагаемого расчетного аппарата 168
4.4. Выводы 176
Заключение 179
Список литературы
- Предложения по расчету ширины раскрытия трещин
- Зависимости механики разрушения для бетона и определение соответствующих констант
- Конструкция опытных образцов и технология их изготовления
- Анализ влияния основных расчетных факторов на расстояние между трещинами и ширину раскрытия трещин центрально растянутых железобетонных конструкций
Введение к работе
Широкое применение железобетонных конструкций в различных, в последние годы все более сложных и ответственных сооружениях, вызывает настоятельную необходимость развития теории и совершенствования методов их расчета.
В подавляющем большинстве экспериментальных исследований железобетонных элементов ставились задачи получения количественных данных об их сопротивлении и не затрагивались вопросы о физической природе происходящих при этом явлении. Поэтому отсутствие теоретического обоснования и анализа экспериментальных данных вынудило в свое время отдать предпочтение эмпирическим методам расчета, в том числе по ширине раскрытия трещин. В результате нормативные документы и руководства по расчету, как правило, построены на эмпирических зависимостях. Такие зависимости, как известно, пригодны лишь для определенного диапазона изменения параметров, оказывающих влияние на расчет. Поэтому для успешного решения проблемы экономии, такой подход при постоянном развитии научно-технического прогресса требует непрерывного экспериментирования, которое, в свою очередь, весьма трудоемкое и дорогостоящее.
Практика проектирования и опыт применения железобетонных конструкций говорят о том, что нередки случаи, когда класс бетона, размеры сечений и площадь растянутой арматуры по условиям раскрытия трещин приходится принимать большими, чем это требуется по прочности или по деформациям.
Таким образом разработка методов расчета расстояния между трещинами и ширины раскрытия трещин железобетонных конструкций является важной и актуальной задачей.
В последние годы выполнены значительные исследовательские работы (в НИИ железобетона, в регионах под руководством РААСН - Россия; в НИИ строительніх конструкций - Украина) по совершенствованию методов оценки ширины раскрытия трещин железобетонных конструкций. Наиболее полные из них проводились в НИИ строительных конструкций, где на основе четких физических представлений о механизме трещинообразования, разработана методика расчета ширины раскрытия трещин. Однако, несмотря на высокую надежность и теоретическую обоснованность указанной методики в целом, ряд важных вопросов не получил должного решения и поэтому требуют постановки специальных исследований. В первую очередь это касается учета эффекта нарушения сплошности для возможности обеспечения соответствия между основными расчетными и экспериментальными параметрами такими, например, как расстояние между трещинами - из-за несовпадения которого с экспериментом разработчики норм пока еще не смогли отказаться от эмпирических зависимостей.
Нельзя не обратить внимание и на то, что в последнее время вопросы, связанные с исследованием напряженно-деформированного состояния в окрестности трещины наиболее полно изучены в механике разрушения. Однако до настоящего времени практически отсутствуют разработки, устанавливающие зависимость традиционных параметров железобетона 1ск, ат с новыми
элементами механики разрушения. Многие связанные с этим эффекты нуждаются в выяснении их физической сути и, в первую очередь, эффект, связанный с нарушением сплошности железобетона (тем не менее, в механике твердого деформируемого тела гипотеза сплошности матермала является основной). Детального анализа и проработки требуют вопросы, связанные с деформированием зоны предразрушения и нормированием новых констант бетона, характеризующих эту зону. Противоречивым является мнение о работе
растянутого бетона между трещинами при подходе к моменту разрушения, что находит отражение в определении степени перераспределения усилий и т. п.
Отсюда следует, что проведение исследований по детальному изучению напряженно-деформированного состояния стержневых железобетонных элементов с учетом несовместности деформаций бетона и арматуры и нарушения сплошности материала является весьма актуальной задачей.
Цель и задачи исследований. Целью исследований является разработка практического способа расчета ширины раскрытия трещин и расстояния между трещинами центрально растянутых железобетонных конструкций с учетом эффекта нарушения сплошности.
Для достижения цели были поставлены следующие конкретные задачи:
на основе обобщения и анализа результатов экспериментальных и теоретических исследований разработать практический способ расчета расстояния между трещинами и ширины раскрытия трещин центрально растянутых железобетонных конструкций с учетом эффекта нарушения сплошности, позволяющий увеличить его точность по сравнению с существующими способами;
выполнить сбор экспериментальных исследований и по результатам их анализа провести проверку предлагаемого расчетного аппарата;
провести численные исследования оценки влияния основных расчетных параметров на расстояние между трещинами и ширину раскрытия трещин центрально растянутых железобетонных конструкций по предлагаемому способу расчета и выполнить их анализ;
- выполнить сравнительную оценку предлагаемого способа расчета с экспериментальными данными и существующими способами расчета ширины раскрытия трещин центрально растянутых железобетонных элементов.
Объект исследования - железобетонные центрально растянутые конструкции промышленных и гражданских зданий и сооружений.
Предмет исследования - расстояние между трещинами и ширина раскрытия трещин железобетонных конструкций.
Методы исследования - используется экспериментально-теоретический метод. В теоретических и численных исследованиях, которые выполнены в работе, использованы общие методы механики твердого деформируемого тела и механики разрушения.
Научная новизна полученных результатов заключается в следующем:
-уточнен и конкретизирован, применительно к практическому расчету центрально растянутых железобетонных элементов, двухконсольный элемент для железобетона; позволяющий связывать зависимости механики разрушения с традиционными параметрами сопротивления железобетонных конструкций, после нарушения их сплошности, в виде энергетического функционала;
предложена упрощенная расчетная схема для раскрытия статической неопределимости задачи определения напряженно-деформированного состояния центрально растянутых железобетонных конструкций после нарушения их сплошности; позволяющая уточнить практический расчет расстояния между трещинами и ширины раскрытия трещин;
предложены формулы для определения расстояния между трещинами и ширины раскрытия трещин центрально растянутых железобетонных конструкций, базирующиеся на модернизированной гипотезе Томаса-Голышева и учете местного эффекта нарушения сплошности, позволяющая заметно приблизить эти расчетные параметры к действительным;
- разработаны методика и алгоритм определения расстояния между трещинами и ширины раскрытия трещин центрально растянутых железобетонных конструкций, с учетом эффекта нарушения сплошности, влияния параметров сцепления арматуры с бетоном, геометрических характеристик сечения, характеристик бетона и арматуры, позволяющие поставить в соответствие опытные и расчетные размеры исследуемых величин;
- собраны экспериментальные данные, выполнены численный и
сравнительный анализы, которые показали достаточную точность результатов,
полученных по разработанной методике, а также положенных в основу этой
методики предпосылок и формул.
Практическое значение полученных результатов заключается в том, что расчеты ширины раскрытия трещин, выполнены по предлагаемой методике дают точные и надежные результаты при проектировании железобетонных конструкций. Результаты диссертационной работы используются в учебном процессе. Московского государственного университета путей сообщения в рамках курса «Железобетонные конструкции», а также при проведении курсов повышения квалификации специалистов проектных организаций строительной отрасли.
Основные результаты, полученные автором, которые выносятся на защиту:
- практическая методика и алгоритмы расчета расстояния между трещинами
и ширины раскрытия трещин центрально растянутых железобетонных
элементов с учетом эффекта нарушения сплошности;
формулы расчета ширины раскрытия трещин и расстояния между трещинами центрально растянутых железобетонных элементов, с учетом с учетом эффекта нарушения сплошности;
- численные исследования с использованием накопленного банка опытных
данных железобетонных конструкций, испытанных при центральном
растяжении в широком диапазоне изменения класса и вида бетона,
армирования, толщины защитного слоя, которые показали эффективность
предложенной методики расчета.
- сопоставление расчетных и опытных значений ширины раскрытия
трещин, по предлагаемой методике, нормам, методике НИИ строительных
конструкций, с использованием банка опытных данных, которые подтверждают заметные преимущества предлагаемой методики.
Апробация результатов диссертации. Основные положения диссертации доложены и обсуждались на Международной научно-технической конференции (Орел, 2006), на Международной научно-технической конференции (Курск, 2007), на Международных академических чтениях (Москва, 2007).
Публикации. По теме диссертации опубликовано три статьи в сборниках трудов РААСН и Орловского государственного технического университета.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы из 198 наименований и четырех приложений, в состав которых входят результаты численных и экспериментальных исследований и материалы внедрения работы. Основной текст изложен на 136 страницах, который иллюстрируется 51 рисунком, состоит из 8 таблиц.
Предложения по расчету ширины раскрытия трещин
Процесс трещинообразования и последующего раскрытия трещин в элементах железобетонных конструкций - явления достаточно сложные, для описания которых требуется привлечение ряда гипотез о совместной работе двух материалов.
Изучению этих явлений в железобетонных конструкциях посвящено большое число украинских и зарубежных исследований. Все известные предложения по расчету ширины раскрытия трещин могут быть разделены на четыре основные группы в зависимости от подхода к выводу основных зависимостей.
К первой группе относятся зависимости [135 20, 36, 61, 91, 93, 94, 95, 100, 101, 103, 156], в которых ширина раскрытия трещин по оси арматуры определяется из условия: "удлинение растянутой зоны бетона по оси арматуры плюс раскрытие трещины должно равняться удлинению арматуры на длине участка между трещинами", т.е. .Л= +в«- О-26) Другими словами, в эту группу включены предложения, основанные на предпосылках теории В.И. Мурашова и упрощенные варианты этих предложений.
Ко второй группе относятся работы [179-189], в которых предлагаются эмпирические (в основном зарубежные), полуэмпирические и статистические формулы, полученные на базе обширных экспериментальных исследований и учитывающие влияние различных факторов на ширину раскрытия трещин.
К третьей группе принадлежат методы, в основу которых положена "зона взаимодействия" арматуры и бетона, т.е. методы О.Л. Берга и СН-365-67 [151].
К четвертой группе относятся исследования [79, 105, 153], в которых раскрытие трещин рассматривается как накопление относительных взаимных смещений арматуры и бетона по оси арматуры участке между трещинами, т.е. am=2 fsB(x)dx, (1.27) где g (х) - относительные взаимные смещения арматуры и бетона по оси арматуры в сечении х; 1сгс- расстояние между трещинами. Подробный обобщенный анализ всех этих предложений по группам приведен ниже.
Наиболее полным из них являются формулы, учитывающие как влияние деформации бетона на ширину раскрытия трещин, так и сдерживающее влияние бетона на деформации арматуры.
К этим исследованиям следует в первую очередь отнести теорию трещинообразования, разработанную В. И. Мурашевым [94]. Решив уравнение (1.1) относительно асгс и приняв допущения о равномерном распределении напряжений в растянутой зоне бетона на длине участка между трещинами по ширине поперечного сечения и прямоугольную эпюру напряжений в растянутой зоне бетона, он получил (1.29) где й)і - коэффициент полноты эпюры растягивающих напряжений в бетоне на длине участка между трещинами; 4т%я(Г1І\ - -30) Принимая далее (1-А/) = 0,5 и \1у/ (1-і) = З, В.И. Мурашев получает следующее выражение для ширины раскрытия трещин (1.31) 2 R (\ + а[ц5) СГС р сге 3 ал ца
Аналогичного вида зависимости для определения ширины раскрытия трещин предлагают Бахольд, Куускоски, Едман, Рай, Сомаяджулулу, Томас [188], Устштейн и Парсонс, Кайзер. Предложения Рая и Сомаяджулулу отличаются от остальных тем, что учитывают дополнительное раскрытие трещин за счет усадки бетона на участке между трещинами и разности температурных деформаций бетона и арматуры.
К этой же группе следует отнести исследования, в которых авторы пренебрегают деформациями растянутого бетона как малой величиной на уровне арматуры после образования трещин.
К таким предложениям относится упрощенная формула В.И. Мурашева [95], которая получена из выражения (1.29) после принятия члена иш — равным нулю: a-m%-vL О-32) Формула (1.32) принята для расчета ширины раскрытия трещин в СНиП П-В. 1-62, и положена в основу норм проектирования некоторых других стран (Румыния, ФРГ и др.). О.Л. Берг, А.В. Алексейченко для растянутых элементов предлагают [13] сгс,т г-, і л ЕЛ М, (1.33)
К тому же типу относятся предложения ряда авторов: Т.М. Вербицкого, К.К. Якобсона [178], Боргеса, Брандзаега , Бриса , Чи и Кирштейна, Эфсена и Креншеля, Жержели и Лутца, Рема и Мартина, Э.Г. Портера [119], В.А. Клевцова [61], Г.И. Бердичевского [61].
Зависимости механики разрушения для бетона и определение соответствующих констант
В линейной механике разрушения основная зависимость записывается в виде [121,122]: #=2. (2.1)
Зависимость (2.1) по форме напоминает известную зависимость закона Гука, используемую в механике твердого деформируемого тела, если провести аналогию между параметрами к} и a, Q и s. Используя аналогию между зависимостями механики твердого деформируемого тела при упругом и упругопластическом сопротивлении применительно к зависимости (2.1), получим: к?=2ЬЕ(Х)9 (2.2) где Е(Х) — секущий модуль деформаций первого рода, используемый в теории пластичности [29].
Параметры к/ и Q согласно понятиям механики разрушения являются константами материала. При их определении важно уметь выделить некоторый "представительный объем" материала, характеризующий его структуру. Такие (более чем полувековые) исследования для бетона уже были проведены. В результате установлены размеры эталонных призм, кубов, балочек и восьмерок, используемых для определения механических характеристик бетона Rbh Rb Еь являющихся также константами материала. Учитывая, что новые константы кья и (до выводятся для того же материала бетона и будут характеризовать одну и ту же модельную среду, то размеры образцов для их определения не должны отличаться от уже нормируемых. При этом важно подчеркнуть, что приведенный аргумент выбора размеров образцов "представительного объема" бетона логичен только для естественного процесса образования и развития трещин, происходящего в представительном объеме. Здесь уместно отметить, что в ряде исследований для определения kbR и С,ьп используются бетонные образцы с искусственной трещиной. Размеры таких образцов должны быть, с одной стороны, значительно большими нормированных на естественные трещины, а с другой — увеличение размеров образцов усложняет методику определения напряжений в бетоне (замерить их в бетоне весьма непросто). Более того, для образцов с искусственными трещинами необходима разработка специальной методики, которая позволила бы поставить в соответствие новые константы бетона уже известным константам Rf,t9 /.
Приведенные замечания делают весьма проблематичным определение констант К\ и Q для бетона на образцах с искусственными трещинами. Поэтому при разработке методики определения К/ и Q для бетона было отдано предпочтение уже занормированным образцам, используемым в опытах на осевое растяжение . Для этой схемы нагружения известна величина напряжений в бетоне испытываемого образца. Данная схема нагружения соответствует неустойчивому росту образующейся трещины, что приводит практически к мгновенному распространению трещины на всю высоту испытываемого образца. Тогда, воспользовавшись зависимостью механики разрушения [121, 122] для определения коэффициента интенсивности напряжений применительно к отмеченной схеме нагружения, получим: k,=khR=c Jna9 (2.3) где o = Rbt; а— размер полудлины трещины, равный, применительно к рассматриваемой схеме, половине высоты образца.
Возможный минимальный размер поперечного сечения равен 2,5—3 диаметрам крупного заполнителя, например, известная восьмерка сечением 50 х 50 мм. Отметим, что именно таков минимальный размер базы тензорезисторов, устанавливаемых на бетон и усредняющих его деформации в точке модельной среды.
В качестве эталонного образца для определения кьи логично использовать восьмерку с размером поперечного сечения 150 х 150 мм, принимаемую для определения традиционных характеристик бетона. Тогда из (3.3) следует, что kbR = 4,85/?6,[кГс -см 1] = 0,485 Л,[Т - м"2]. (2.4)
Стоит отметить, что по сравнению с идеальной формой трещины для модельной среды в реальном материале (бетоне) форма трещины имеет некоторые отличия. Поэтому полученный коэффициент кЬл носит несколько условный характер. Однако, учитывая тот факт, что плоскость разделения образца на части, как правило, перпендикулярна к продольной оси образца (образцы, составляющие исключение из данного правила, следует убирать из общей статистической выборки), то предложенный коэффициент будет соответствовать предъявляемым к нему требованиям. Во-первых, он будет являться константой материала, во-вторых, он может быть выражен через параметр Rbh поскольку они согласуются между собой (определяются на одних и тех же образцах и по одной и той же методике) и, в-третьих, параметр кь& определяемый таким образом, сразу можно считать занормированным, так как таблицы параметра Rbt приведены в нормах.
Вторую константу &д можно получить, располагая зависимостью (2.2) и выражением (2.4) для kbR. Так как при определении kbR значение ( равно Rbh то параметр Е(к) в момент образования трещины равен 0,52. В результате из (2.2) следует, что для эталонных образцов кГс 0,=23,52- Rhi Ж" ТІ = 0,23 см - (2.5) м_ Чтобы иметь представление о порядке введенных таким образом новых констант бетона kbR и 0 я, подставим в выражения (2.4) и (2.5) опытные значения Rbt и Еь (см. табл. 7.1 из [45]). В итоге получим, что kbR равно 1,74 МПа-м/2, a 2C&R равно 0,16 кН/м. Этот результат является весьма обнадеживающим, так как полученные значения близки к аналогичным, определенным по методике Хиллерборга: к1с = 2МПг-м, 2Q-= 0,14 кН/м (см. табл. 7.1 из [45]).
Полученную величину удельной энергии С,ь& соответствующую константе кья в момент появления трещины, не следует смешивать с предельной величиной С,ьи являющейся так же константой бетона и соответствующей величине критического раскрытия трещины WU9 определяемой на тех же образцах, испытываемых на осевое растяжение с ограничением перемещений.
Конструкция опытных образцов и технология их изготовления
Были изготовлены и испытаны две партии железобетонных элементов из мелкозернистого, керамзитового и тяжелого бетонов.
Мелкозернистый бетон классов В10, В15 и ВЗО изготавливался при цементно-песчаном отношении Ц:П = 1:2,33 и при В/Ц соответственно - 0,6, 0,5 и 0,4.
Керамзитобетон классов В10 и В25 имел следующие составы - табл. 3.1 /при расходе исходных материалов, в кг, на 0,1 м3/:
Принятые условные обозначения в таблице: ПМО - призма мелкозернистого бетона обычная; ПМП - то же, предварительно напряженная; ПЛО - призма из легкого бетона /керамзитобетона/ обычная; ПЛП - то же, предварительно напряженная; В - класс бетона. Для изготовления опытных образцов 1-й партии использовались портландцемент активностью 40 МПа, песок крупностью до 2...2,5 мм, керамзит крупностью до20 мм Для образцов 2-й партии использовался тяжелый бетон класса В20 при Ц:П:Щ:В - 1:2,3:5,0:0,55на цементе активностью 50 МПа. В качестве про-дольной растянутой арматуры использовались стержни 0 14 мм из стали класса ATIV /образцы серии XX-XXIX/. Объем основных испытаний 1-й партии приведен в табл. 3.2.
Напряжение арматуры производилось с помощью гидравлического домкрата на упоры. Контроль натяжения осуществлялся по показаниям тензорсзисторов базой 20 мм, наклеенных на арматуре, и по показаниям манометра.
Принятые условные обозначения; ПО - призма обычная; ПП - призма предварительно напряженная; БО - балка обычная.
Для предотвращения появления продольных трещин при отпуске арматуры торцы переднапряженных образцов дополнительно армировались поперечной арматурой в виде сеток из проволоки Й 3 мм класса BI.
Отпуск предварительного напряжения производился в возрасте бетона 30-40 суток непосредственно перед испытанием. В процессе хранения образцы находились во влажных условиях.
Образцы серии I - XV и XX - XXVIII испытывались на центральное растяжение, а серии XVI - XIX - на внецентренное растяжение. Нагрузка к образцам прикладывалась через выпуски арматурных стержней. Нагрузка прикладывалась ступенями, равными 5-10% от разрушающей, с выдержкой 8-10 минут на каждой ступени.
В процессе нагружения цепочками тензорезисторов с базой 20 мм на участке 300.. .400 мм замерялись локальные деформации растянутой арматуры и бетона.
Для обеспечения непрерывности замера деформации арматуры тензорезисторы на ней наклеивались в выбранных фрезой пазах с двух сторон стержня (рис.3.1, а).
Ширина раскрытия трещины замерялась на поверхности образца на уровне растянутой арматуры микроскопом МПБ-2 с ценой деления 0,05 мм и специальным прибором, разработанным в НИИ строительных конструкций, с ценой деления 0,01мм (рис.3.1, б).
Принцип работы прибора аналогичен описанному в работе [177] /измерение раскрытия трещин в металле/. Работа его основана на принципе тензоупругого эффекта. После образования первых трещин прибор наклеивается на бетон, окружающий трещину и измеряет приращение ширины раскрытия трещин.
Нагружение осуществлялось ступенями, равными 0,1 м7Ш/ , с выдержкой 8-Ю мин. На каждой ступени. В процессе испытаний на участке зоны чистого изгиба замерялись локальные деформации растянутой арматуры и бетона на уровне арматуры, а также ширина раскрытия нормальных трещин.
Характеристики бетонов, полученные в процессе этих испытаний /средние по трем образцам/, приведены в табл. 3.4, растянутой арматуры /средние по шести образцам/ в табл. 3.5.
Основные испытания проводились в возрасте бетонов 30-36 суток. Усилия обжатия передавались на бетон к началу испытаний, чтобы избежать необходимости учета деформации предельной ползучести бетона, вызванной его обжатием.
Момент появления первых трещин в образцах определялся по показаниям тензорезисторов, наклеенных на бетоне, и на основе визуальных наблюдений.
За момент появления первых трещин принималась нагрузка, соответствующая изменению угла наклона кривой «нагрузка - деформации арматуры».
Тензорезисторы, по которым проходили трещины, фиксировали деформации, превышающие предельные деформации бетона при растяжении. Смежные же тензорезисторы показывали уменьшение деформации растяжения, а некоторые - и деформации сжатия.
В табл.3.6. приведены опытные значения максимальной и средней ширины раскрытия нормальных трещин, замеренные на каждой ступени нагружения, их отношения и средние значения расстояний между трещинами. Там же даны напряжения /усилия/ в арматуре на каждой ступени нагружения для образцов серий I-XV, XX, XXI и XXVIII.
На основе статистического анализа численных значений ссект/аскт9 приведенных в табл. 3.6, получены следующие характеристики: среднее значение отношения х=1.325, среднее отклонение 5 = 0.305, коэффициент вариации Cv = 23.0%.
Анализ влияния основных расчетных факторов на расстояние между трещинами и ширину раскрытия трещин центрально растянутых железобетонных конструкций
Эластичная камера надета на бетонный сердечник 4, жестко связанный с силовым основанием 5, на которое упирались испытуемый образец с высотой, равной 1/2-1/4 диаметра срединной поверхности полого цилиндра и эластичная камера, размещавшаяся между образцом и бетонным сердечником. Нагрузочное устройство содержало рычажно-гидравлическую систему распределительных булочных опор 6, шарнирно-подвижно сопряженных между собой, нижний пояс которой располагался над торцом образца по его контуру и был снабжен жесткими распределительными штампами 7 в виде колец, диаметр которых равен диаметру испытуемого образца. Между верхним торцом образца и жесткими кольцами с одной стороны, а также силовым основанием и основанием образца с другой стороны, установлены кольца-прокладки 8 из материала с низким модулем деформации.
В процессе испытаний образец нагружали одновременно как сжимающей нагрузкой на систему распределительных балочных опор от гидродомкрата, опиравшегося на упорную силовую раму, так и растягивающей нагрузкой путем нагнетания воздуха источником пневматического давления (в данном эксперименте - сжатым воздухом) в полость замкнутой эластичной камеры, которая, опираясь на бетонный сердечники оказывала равномерное давление на внутреннюю поверхность цилиндрического образца, перпендикулярно к его боковой поверхности. Нагружение осуществляли ступенчато, с выдержкой на каждой ступени для измерения текущих значений деформаций арматуры и бетона, ширины раскрытия трещин и расстояния между ними. Величина приращения нагрузки на каждой ступени составляла 0.1 от ожидаемой расчетной предельной нагрузки по прочности.
Характеристики конструкций, материалов и нагрузок для опытных образцов приведены в таблице 3.7. В процессе испытаний усилия, передаваемые на тонкостенный образец, контролировались с помощью манометров. Контроль приложения вертикальной нагрузки от гидродомкрата осуществлялся манометром МТП-60 с ценой деления 2.4атм., установленным в корпусе гидродомкрата, а горизонтальной нагрузки - манометром МТГМ60 с ценой деления 0.05 атм.
На внешней поверхности образца фиксировали и зарисовывали трещины, образовавшиеся на каждой ступени нагружения; в начале и конце трещины записывали номер ступени нагружения. Ширину раскрытия трещины замеряли микроскопом МПБ-Зм с ценой деления 0.02мм. Образование трещин фиксировали с помощью цепочки непрерывно наклеенных на бетон тензорезисторов. Расстояние между трещинами на каждом этапе нагружения замеряли мерной лентой, с ценой деления 1мм.
В процессе испытаний контролировались следующие величины ширина раскрытия трещин: acrCiS - ширина раскрытия конкретной трещины на арматуре контролируемого участка; аСГСіШ - средняя ширина раскрытия трещин на арматуре контролируемого участка; аСҐСітах- максимальная ширина раскрытия трещин на испытываемом железобетонном кольце; аСГСіПІ - средняя ширина раскрытия трещин на испытываемом железобетонном кольце.
Для измерения деформаций арматуры использовали тензорезисторы с базой 10мм. Показаний тензорезисторов фиксировали с помощью тензостанции ЦТИ-1. Для измерения деформации фибровых волокон бетона тонкостенного образца использовали тензорезисторы с базой 50мм. Кроме того, в отдельных зонах были размещены механические приборы-индикаторы часового типа ИЧТ с ценой деления 0,001мм, установленные на базе 200мм.
Уточнены качественные и определены количественные характеристики деформирования арматурного стержня в бетонной матрице при пересечении нормальной трещиной. На рис.3.5 представлены деформации арматуры и бетона для опытного образца 1.30/30.1(6), с неортогональной схемой армирования. На этом же рисунке даны графики относительных взаимных смещений бетона и арматуры, которые определены по опытным деформациям арматуры и бетона на участке между трещинами. Здесь же приведены графики условных касательных напряжений, вычисленные по показаниям тензорезисторов, установленных на арматуре,
Анализ картин деформаций бетона, арматуры и напряжений сцепления позволил выявить качественную картину их распределения на участке между трещинами (рис.3.8). При этом, основными отличительными особенностями распределения деформаций являются наличие участков укорочения деформаций бетона в окрестностях трещин и некоторое смещение максимума деформаций арматуры от сечения
с трещиной до наступления в ней текучести. После достижения текучести максимальные деформации арматуры наблюдались в сечении с трещиной.
Характерным является также наличие скачков на эпюре условных касательных напряжений сцепления в окрестностях трещин. Следует заметить, что по сравнению с изгибаемыми элементами, в центрально растянутых железобетонных элементах отмеченные особенности проявляются несколько в меньшей мере (см. рис.3.8, графики 2 и 3) трещин и некоторое смешение максимума деформаций арматуры от сечения с трещиной до наступления в ней текучести. После достижения текучести максимальные деформации арматуры наблюдались в сечении с трещиной.
