Вся библиотека >>>

Содержание книги >>>

 

Книги по строительству

 Железобетонные конструкции


Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

 

Глава 2. Экспериментальные основы теории сопротивления железобетона   и  методы  расчета  железобетонных  конструкций

 

 

Экспериментальные данные о работе железобетонных элементов под нагрузкой

 

1.         Значение экспериментальных исследований

Экспериментальные исследования по изучению совместной работы двух различных но своим физико-механическим свойствам материалов—бетона и стальной арматуры—проводились с самого начала появления железобетона. Экспериментами установлено, что нелинейные деформации бетона и трещины в растянутых зонах оказывают существенное влияние на напряженно-деформированное состояние железобетонных элементов. Допущения о линейной зависимости между напряжениями и деформациями и основанные на этих допущениях формулы сопротивления упругих материалов для железобетона часто оказываются неприемлемыми.

Теория сопротивления железобетона строится на опытных данных и законах механики и исходит из действительного напряженно-деформированного состояния элементов на различных стадиях нагружения внешней нагрузкой. По мере накопления опытных данных методы расчета железобетонных конструкций совершенствуются.

2.         Три стадии напряженно-деформированного состояния

Опыты с различными железобетонными элементами— изгибаемыми, внецентренно растянутыми, внецентренно сжатыми с двузначной эпюрой напряжений —показали, что при постепенном увеличении внешней нагрузки можно наблюдать три характерные стадии напряженно-деформированного состояния: стадия I — до появления трещин в бетоне растянутой зоны, когда напряжения в бетоне меньше временного сопротивления растяжению и растягивающие усилия воспринимаются арматурой и бетоном совместно; стадия II — после появления трещин в бетоне растянутой зоны, когда растягивающие усилия в местах, где образовались трещины, воспринимаются арматурой и участком бетона над трещиной, а на участках между трещинами — арматурой и бетоном совместно; стадия III — стадия разрушения, характеризующаяся относительно коротким периодом работы элемента, когда напряжения в растянутой стержневой арматуре достигают физического или условного предела текучести, в высокопрочной арматурной проволоке—временного сопротивления, а напряжения в бетоне сжатой зоны

Рассмотрим три стадии напряженно-деформированного состояния в зоне чистого изгиба железобетонного элемента при постепенном увеличении    нагрузки  (

Стадия I. При малых нагрузках на элемент напряжения в бетоне и арматуре невелики, деформации носят преимущественно упругий характер; зависимость между напряжениями и деформациями линейная и эпюры нормальных напряжений в бетоне сжатой и растянутой зон сечения треугольные. С увеличением нагрузки на элемент в бетоне растянутой зоны развиваются неупругие деформации, эпюра напряжений становится криволинейной, напряжения приближаются к пределу прочности при растяжении. Этим характеризуется конец стадии I. При дальнейшем увеличении нагрузки в бетоне растянутой зоны образуются трещины, наступает новое качественное состояние.

Стадия II. В том месте растянутой зоны, где образовались трещины, растягивающее усилие воспринимается арматурой и участком бетона растянутой зоны над трещиной. В интервалах растянутой зоны между трещинами сцепление арматуры с бетоном сохраняется, и по мере удаления от краев трещин растягивающие напряжения в бетоне увеличиваются, а в арматуре уменьшаются. С дальнейшим увеличением нагрузки на элемент в бетоне сжатой зоны развиваются неупругие деформации, эпюра нормальных напряжений искривляется, а ордината максимального напряжения перемещается с края сечения в его глубину. Конец стадии II характеризуется началом заметных неупругих деформаций в арматуре.



Стадия III, или стадия разрушения. С дальнейшим увеличением нагрузки напряжения в стержневой арматуре достигают физического или условного предела текучести; напряжения в бетоне сжатой зоны под влиянием нарастающего прогиба элемента и сокращения высоты сжатой зоны также достигают временного сопротивления сжатию. Разрушение железобетонного элемента начинается по арматуре растянутой зоны и заканчивается раздроблением бетона сжатой зоны. Такое разрушение носит пластический характер, его называют случаем 1. Если элемент в растянутой зоне армирован высокопрочной проволокой с малым относительным удлинением при разрыве (~4 %), то одновременно с разрывом проволоки происходит и раздробление бетона сжатой зоны, разрушение носит хрупкий характер, его также относят к случаю 1.

В элементах с избыточным содержанием растянутой арматуры — переармированных — разрушение происходит по бетону сжатой зоны, переход из стадии II в стадию III происходит внезапно. Разрушение переармированных сечений всегда носит хрупкий характер при неполном использовании растянутой арматуры; его называют случаем 2.

Ненапрягаемая арматура сжатой зоны сечения в стадии III испытывает сжимающие напряжения, обусловленные предельной сжимаемостью бетона   as = eu&Јs.

Сечения по длине железобетонного элемента испытывают разные стадии напряженно-деформированного состояния; так, в зонах с небольшими изгибающими моментами— стадия, по мере возрастания изгибающих моментов — стадия II, в зоне с максимальным изгибающим моментом — стадия III. Разные стадии напряженно-деформированного состояния железобетонного элемента могут возникать и на различных этапах—при изготовлении и предварительном обжатии, транспортировании и монтаже, действии эксплуатационной нагрузки. При обжатии в предварительно напряженном элементе возникают довольно высокие напряжения. Под влиянием развития неупругих деформаций эпюра сжимающих напряжений приобретает криволинейное очертание. В процессе последовательного загружения внешней нагрузкой предварительные сжимающие напряжения погашаются, а возникающие растягивающие напряжения приближаются к временному сопротивлению бетона растяжению ( II.2). Перемещение в глубь сечения ординаты с максимальным напряжением на криволинейной эпюре аь=еь£ь обусловлено последовательным увеличением значений е& и одновременным уменьшением Еь от оси к внешнему краю сечения. Особенность напряженно-деформированного состояния предварительно напряженных элементов проявляется главным образом в стадии I. Внешняя нагрузка, вызывающая образование трещин, значительно увеличивается (в несколько раз), напряжение в бетоне сжатой зоны и высота этой зоны также значительно возрастают. Интервал между стадиями I и III сокращается. После образования трещин в стадиях II и III напряженные состояния элементов с предварительным напряжением и без него сходны.

3. Процесс развития трещин в растянутых зонах бетона

В железобетонных элементах трещины    могут быть вызваны условиями твердения и усадки бетона, предварительным обжатием при изготовлении, перенапряжением материалов при эксплуатации — перегрузкой, осадкой опор, изменением температуры и т. п. Трещины от перенапряжения чаще всего появляются в растянутых зонах, реже в сжатых. Трещины в растянутых зонах элементов, не заметные на глаз, появляются под нагрузкой даже в безукоризненно выполненных железобетонных конструкциях. Образование их вызывается малой растяжимостью бетона, не способного следовать за значительными удлинениями арматуры при высоких рабочих напряжениях. В предварительно напряженных конструкциях трещины появляются при сравнительно больших значениях нагрузки. Опыт эксплуатации железобетонных конструкций зданий и сооружений показывает, что при ограниченной ширине раскрытия эти трещины не опасны, и не нарушают общей монолитности железобетона.

Арматура в бетоне растянутой зоны элемента несколько сглаживает отрицательное влияние неоднородности структуры и нарушений сплошности бетона, однако при обычном содержании арматуры предельная растяжимость армированного бетона лишь незначительно превышает предельную растяжимость неармированного бетона.

Трещины в сжатых зонах обыкновенно указывают на несоответствие размеров сечения усилиям сжатия, они опасны для прочности конструкции.

В процессе развития трещин з растянутых зонах бетона различают три этапа: 1) возникновение трещин, когда они могут быть еще невидимыми; 2) образование трещин, когда они становятся видимыми невооруженным глазом, и 3) раскрытие трещин до предельно возможной величины. Можно считать, что в элементах с обычным содержанием арматуры образование трещин совладает с их возникновением, поэтому рассматривают два этапа: 1) образование трещин и 2) раскрытие трещин.

    

 «Железобетонные конструкции»       Следующая страница >>>

 

 Смотрите также:

 

Как приготовить бетон и строительные растворы  

 

Высокопрочный бетон

 

Растворы строительные

 

Смеси бетонные

 

ГЛАВА 1. Портландцемент

 

ГЛАВА 2. Специальные цементы

Виды портландцементов

Обычный портландцемент

Быстротвердеющий портландцемент

Особобыстротвердеющий портландцемент

Портландцемент с умеренной экзотермией

Сульфатостойкий портландцемент

Шлакопортландцемент

Сульфато-шлаковый цемент

Пуццолановые портландцементы

Белый цемент

Прочие портландцементы

Ускорители и замедлители твердения

Пластифицирующие добавки

 

ГЛАВА 3. Свойства заполнителей

Общая классификация заполнителей

Природные заполнители для бетона

Отбор проб

Форма и текстура зёрен

Сцепление заполнителя с цементным камнем

Прочность заполнителя

Прочие механические свойства заполнителя

Удельный вес заполнителя

Насыпной объемный вес

Пористость и водопоглощение заполнителя

Влажность заполнителя

Набухание песка

Вредные примеси в заполнителе

Органические примеси

Глинистые, илистые и пылевидные частицы в заполнителе

Растворимые соли

Слабые и выветрелые зерна заполнителя

Равномерность изменения объема заполнителя

Реакция щелочей цемента с заполнителями бетона

Термические свойства заполнителя

Ситовой анализ

Модуль крупности

Требования к зерновому составу заполнителя

Рациональные зерновые составы заполнителей

Зерновой состав мелкого и крупного заполнителей

Особо крупные и особо мелкие зерна заполнителя

«Прерывистый» зерновой состав заполнителя

Наибольшая крупность заполнителя

Использование крупных камней

 

ГЛАВА 4. Бетонная смесь

Определение удобоукладываемости бетона

Факторы, влияющие на удобоукладываемость

Измерение удобоукладываемости

Метод осадки конуса

Определение коэффициента уплотнения

Определение пластичности

Испытание на изменение формы

Испытание по методу Вебе

Метод пенетрации шара

Сравнение методов испытаний

Влияние времени и температуры на удобоукладываемость

Расслаивание бетона

Водоотделение

Перемешивание бетонной смеси

Равномерность перемешивания

Время перемешивания бетона

Вибрирование бетона

Глубинные вибраторы

Наружные вибраторы

Вибростолы

Повторное вибрирование

Бетонирование в жаркую погоду

Товарный бетон

Бетонная смесь для подачи бетононасосом

Раздельная укладка бетонной смеси методом «Прелакт»

 

ГЛАВА 5. Прочность бетона

Водоцементное отношение

Объемная концентрация геля

«Эффективная» вода в смеси

Прочность бетона при растяжении

Трещинообразование и разрушение при сжатии

Влияние крупного заполнителя на прочность бетона

Влияние жирности смеси на прочность бетона

Влияние возраста на прочность бетона

Самозалечивание трещин в бетоне

Прочность бетона при сжатии и прочность при растяжении

Сцепление между бетоном и арматурой

Твердение бетона

Методы ухода за бетоном

Влияние температуры на прочность бетона

Пропаривание при атмосферном давлении

Пропаривание при повышенном давлении

Качество воды затворения

 

ГЛАВА 6. Упругость, усадка и ползучесть бетона

Модуль упругости

Динамический модуль упругости

Начальные изменения объема

Набухание

Усадка при высыхании бетона

Факторы влияющие на усадку бетона

Влияние ухода и условия твердения бетона

Дифференциальная усадка бетона

Влажностные деформации бетона

Усадка за счет карбонизации бетона

Ползучесть бетона

Факторы влияющие на ползучесть бетона

Ползучесть во времени

Природа ползучести бетона

Действие ползучести

 

ГЛАВА 7. Долговечность бетона

Проницаемость бетона

Химические воздействия на бетон

Испытание бетона на сульфатостойкость

Действие морской воды на бетон

Действие мороза на свежеуложенный бетон

Зимнее бетонирование

Действие мороза на затвердевший бетон

Морозостойкий бетон

Испытания бетона на морозостойкость

Влияние солей на бетон

Бетон с воздухововлекающими добавками

Воздухововлечение

Содержание воздуха

Влияние воздухововлечения

Измерение содержания воздуха

Тепловые свойства бетона

Теплопроводность бетона

Коэффициент термического расширения бетона

Огнестойкость бетона


ГЛАВА 8. Испытание затвердевшего бетона

Испытания на сжатие

Испытание кубов

Испытание цилиндров

Испытание призм

Влияние условий испытаний образцов

Испытание образцов на сжатие

Разрушение образцов при сжатии

Влияние отношения высоты к диаметру на прочность бетона

Сравнение прочности бетонных кубов и цилиндров

Испытание бетона на изгиб

Размеры образца и размеры заполнителя

Керны для испытаний

Ускоренное испытание бетона

Испытания бетона молотком

Испытания бетона ультразвуком

Истираемость бетона

Содержание цемента в бетоне


ГЛАВА 9. Легкие и особотяжелые бетоны

Классификация легких бетонов

Заполнители бетона

Бетон на легких заполнителях

Ячеистый бетон

Беспесчаные бетоны

Бетон на древесных опилках

Особотяжелый бетон