Напряженно-деформированное состояние железобетонных изгибаемых элементов.
Элементы с ненапрягаемой арматурой. Изгибаемые элементы в зависимости от характера воздействия нагрузки и армирования разрушаются как по нормальному, так и по наклонному сечениям (рис). Достижение предельного состояния по нормальному сечению вызывается действием момента: по наклонному сечению - действием момента или поперечной силы или совместного их действия.
При изгибе железобетонных балок различают участки действия одного изгибающего момента М (участок I на рис.) и участки действия изгибающего момента М и поперечной силы Q (участок II на рис).
На некоторых ступенях загружения балки нагрузкой постепенно увеличивающейся интенсивности под воздействием главных растягивающих напряжений в бетоне образуются (не одновременно) нормальные трещины (в сечениях, нормальных к продольной оси элемента) и наклонные трещины (в сечениях, наклонных к той же оси).
Рассмотрим напряженное состояние железобетонного элемента по нормальным сечениям (рис). Различают три стадии напряженного состояния изгибаемых элементов, изготовленных без предварительного напряжения,
В начальной стадии. I при нагрузке малой интенсивности деформации элемента близки к упругим; зависимость между напряжениями и деформациями в бетоне и арматуре линейная, эпюры нормальных напряжений в бетоне сжатой и растянутой зон сечения треугольные. Стадия I характеризуется отсутствием трещин в растянутом бетоне; в растянутой зоне нормальных сечений балки бетон и арматура совместно сопротивляются внешним воздействиям. Нейтральная ось сечений, нормальных к продольной иск элемента, проходит в центре тяжести при веденного сечения. К концу стадии I в растянутой зоне балки деформации растянутого бетона становятся неупругими, эпюра напряжений заметно искривляется, напряжения в бетоне у растянутой грани балки достигают предела прочности на растяжение sб.р, а его относительные деформации - предельных значений eрmaх=0,0001-0,00015. При этом напряжения в растянутой арматуре еще весьма малы, их значение составляет примерно sa = eрmaхEa= 0,00015×2100000»300 кгс/см2.
Стадия II наступает после образования нормальных трещин в бетоне растянутой зоны. С дальнейшим увеличением нагрузки эпюра напряжений в бетоне сжатой зоны существенно искривляется в связи с нарастанием его неупругих деформаций; наибольшие напряжения в сжатой зоне бетона остаются меньше предела прочности на сжатие sб.пр. Трещины в бетоне растянутой зоны развиваются почти до нейтральной оси, ширина их по мере увеличения нагрузки возрастает. В местах образования трещин бетон в нормальном сечении из работы выключается, все растягивающие напряжения воспринимаются арматурой; напряжения в арматуре постепенно с ростом нагрузки увеличиваются; к концу стадии II они превышают предел упругости и достигают предела текучести, если сталь таковой обладает.
На участках между трещинами вследствие сцепления арматуры с бетоном бетон участвует в работе на растяжение и частично разгружает растянутую арматуру. Из-за трещин нейтральная ось по длине элемента становится волнообразной, подымаясь над трещинами. , _
Трещины раскрываются шире; неупругие деформации бетона сжатой зоны нарастают, отчего эпюра напряжений резко искривляется; волнообразная нейтральная ось перемещается в сторону сжатой зоны.
В стадии III с новым сравнительно малым увеличением нагрузки напряжения в арматуре остаются равными пределу текучести от, но деформации се возрастают. К концу стадии III наибольшие сжимающие напряжения в бетоне достигают предельной величины sб.пр и наступает состояние предельного равновесия элемента и его разрушение.Если арматура не имеет физического предела текучести, то полагают, что стадия II завершается, когда напряжение в арматуре достигает условного предела текучести (напряжения, отвечающего относительному удлинению арматуры, равному e=0,2%). В этом случае в стадии III напряжения в арматуре продолжают, увеличиваться, сопровождаясь неупругими деформациями, а предельное состояние элемента и разрушение наступают, когда сжатый бетон или растянутая арматура достигнут предельного сопротивления.
Стадии III присущи значительные деформации, что обусловливает постепенное нехрупкое разрушение элемента - случай I разрушения.
При значительном содержании растянутой арматуры в балке ее разрушение может произойти вследствие раздавливания бетона сжатой зоны при напряжениях в арматуре ниже предела текучести. Такое разрушение происходит внезапно хрупко - случай II разрушения. В таком случае считают сечение элемента «переармированным». Такие сечения допускают в исключительных случаях.
Предварительно напряженные элементы. Рассмотрим последовательность изменения напряженных состояний изгибаемого элемента, изготовляемого с натяжением арматуры на упоры, начиная с момента обжатия бетона до разрушения (табл.).
Состояние 1. Уложенная в форму нижняя Fн и верхняя F’н арматура натянута на упорах до контролируемых напряжений, соответственно sо и s’о. Элемент бетонируют и выдерживают до приобретения бетоном прочности Ro³0.7R. В этом состоянии происходят первые потери напряжений sп1 и s’п1. Напряжения в арматуре становятся равными sн1=sо-sп1 и s’н1=s’о-s’п1. Напряжения в бетоне равны нулю.
Состояние 2. Арматура отпущена с упоров, она обжимает элемент, обжатие происходит внецентренно, так как арматура несимметрична; вследствие этого элемент выгибается. При обжатии элемента напряжения в арматуре уменьшаются на величину nsб1 в арматуре Fн и ns’б1 в F'н (где sб1 и s’б1 - напряжения в бетоне на уровне центра тяжести арматур Fн и F'н с учетом первых потерь в арматуре sп1 и s’п1, а n=Ea/Eб).
После обжатия элемента в арматуре происходят вторые потери sп2 и s’п2 и в ней устанавливаются напряжения, равные в арматуре Fн и F'н соответственно:
sн2=sо-sп1-sп2-nsб2
s’н2=s’о-s’п1-s’п2-ns’б2
Здесь sб2 и s’б2 - напряжения в бетоне сжатой и растянутой зон сечения на уровне центров тяжести арматур Fн и F'н, определенные с учетом проявления всех потерь.
Состояние 3. Приложена внешняя нагрузка к элементу. Изгибающий момент от нагрузки создает в сечении двузначную эпюру напряжений. Эти напряжения суммируются с напряжениями предварительного обжатия.
В этом состоянии значение внешней нагрузки принимают таким, чтобы момент от нее в элементе погашал до нуля предварительное обжатие бетона на уровне центра тяжести арматуры, т.е. снижал напряжения в бетоне на этом уровне на sб2. При этом напряжения в арматуре Fн увеличатся на nsб2 и составят sо-sп (где sп=sп1+sп2).
Состояние 4. Внешняя нагрузка увеличивается до значения, при котором момент от нес в сечении элемента увеличит растягивающие напряжения в бетоне до предельного сопротивления растяжению sбр. Напряжения в арматуре Fн при этом возрастут примерно на 300 кгс/см2 (см. начало этого параграфа) и достигнут значения sо-sп +300 кгс/см2.
Состояние 5. При последующем увеличении нагрузки образуются трещины; в сечениях, совпадающих с ними, усилия в растянутой зоне элемента воспринимаются одной арматурой. Напряжения в бетоне сжатой зоны и растянутой арматуре растут по мере увеличения нагрузки. Разрушение элемента происходит при достижении растянутой арматурой или бетоном сжатой зоны предельного сопротивления.
Рассмотренные напряженные состояния используют при расчетах железобетонных элементов; до образования трещин их считают упруго-деформирующимися.
Образование трещин в элементах рассчитывают по состоянию 4 (см. табл); при промежуточных загружениях в этой стадии рассчитывают прогибы предварительно напряженных конструкций 1-й и 2-й категории трещиностойкости.
По стадии II (рис.) припромежуточныхзагружениях после образования трещин определяют прогибы, а также ширину раскрытия трещин; по состоянию 5 (см. табл.) производят те же расчеты предварительно напряженных элементов 3-й категории трещиностойкости.
По конечному состоянию стадии III (см. рис.) и завершающему этапу состояния 5 (см. табл.) определяют несущую способность изгибаемых элементов, их прочность по нормальным сечениям.
Вопрос 27
Дата добавления: 2016-05-11; просмотров: 2727;