По результатам многих опытов над
изгибаемыми элементами вплоть до их разрушения была выявлена зависимость
напряженно-деформированного состояния этих элементов от размера нагрузок. При
постепенном возрастании нагрузок последовательно возникают три стадии
напряженно-деформированного состояния.
Стадия I. При малых нагрузках (изгибающих моментах)
напряжения в бетоне и арматуре малы, в бетоне развиваются преимущественно
упругие деформации. Зависимость между напряжениями и деформациями почти
линейная, и эпюры напряжений как в сжатой, так и в растянутой зонах можно
считать треугольными ( 2.1, а).
При увеличении нагрузки напряжения в растянутом бетоне растут
медленнее по сравнению с деформациями. В растянутой зоне сечения развиваются
пластические деформации; эпюра напряжений здесь принимает криволинейное
очертание, и напряжения в бетоне достигают предела прочности на растяжение:
aa—Rv. В сжатой зоне бетон испытывает преимущественно упругие деформации, и
эпюра напряжений близка к треугольной. Это напряженно-деформированное
состояние называют стадией I а ( 2.1, б).
Стадия I а положена в основу расчетов на появление трещин.
Стадия II. При увеличении нагрузки в бетоне растянутой
зоны появляются трещины, постепенно распространяющиеся вплоть до нейтральной
оси; в местах, где образовались трещины, бетон выключается из работы и
растягивающие напряжения воспринимаются только арматурой. В сжатой зоне эпюра
напряжений в бетоне становится криволинейной ( 2.1,в).
Стадия II положена в основу расчета по допускаемым
напряжениям (эпюру в сжатой зоне бетона считают треугольной).
Стадия III. При дальнейшем увеличении нагрузки трещины в
растянутой зоне раскрываются, напряжения в материалах увеличиваются, и
наступает разрушение балки. В этой стадии неупругие деформации ползучести
охватывают значительную часть сжатой зоны, и эпюра напряжений в бетоне носит
ярко выраженное криволинейное очертание. Разрушение сечения наступает тогда,
когда напряжения в арматуре достигают предела текучести (0а=От). уменьшается
высота сжатой зоны бетона, что сопровождается значительным увеличением
прогиба изгибаемого элемента(случай 1, 2.1,г), или, когда напряжения в
сжатом бетоне достигают предела прочности на сжатие (ao=/?np). При этом
напряжения в растянутой арматуре могут и не достигнуть предела текучести
(случай 2, 2.1, д). В стадии III напряжения в сжатой арматуре в обоих
случаях достигают предела текучести.
Стадия III положена в основу расчета по разрушающим
усилиям и по предельным состояниям.
Характер разрушения балок в стадии III зависит от
количества и механических свойств растянутой арматуры. В нормально
армированных балках, в которых количество растянутой арматуры не превышает
определенного предела, разрушение начинается со стороны растянутой арматуры.
По достижении в ней предела текучести быстро нарастают пластические
деформации арматуры и прогибы балки, вследствие чего напряжения в сжатой зоне
бетона достигают предела прочности
на сжатие и бетон разрушается. Таким образом, перед
разрушением железобетонного элемента в нормальном сечении образуется
«пластический шарнир», в котором напряжения в арматуре и бетоне достигают
предельных значений. На основании этого принципа (предложенного А. Ф. Ло-
лейтом) расчетные формулы несущей способности элемента могут быть получены из
одних только условий статики.
По длине балки в одни и те же моменты времени сечения
испытывают различные стадии напряженно-деформированного состояния. В сечениях
с малым изгибающим моментом наблюдается стадия I; там, где изгибающий момент
больше, — стадия II, а в сечениях с максимальным моментом может быть стадия
III ( 2.2).
|