8266

20

Лабораторная работа №5-8 «Испытание железобетонной балки на изгиб

с разрушением по наклонному сечению»

Целью лабораторной работы «Испытание железобетонной балки на изгиб с разрушением но наклонному сечению» является исследование напряженного состояния и разрушения изгибаемого железобетонного элемента по наклонному сечению в процессе нагружения сосредоточенными силами.

Основные этапы работы:

1.Определение расчетных характеристик бетона;

2.Определение предела текучести продольной арматуры ,;

3.Теоретический расчет прочности балки с разрушением ее по нормальному сечению

(определение ) и наклонному сечению (определение ) при отсутствии поперечной арматуры на приопорном участке.

4.Испытание балки ступенями до разрушения с установлением нагрузки в момент появления наклонных трещин и хрупкого разрушения по наклонной трещине.

5.Обработка материалов испытания балки и сравнение опытных и теоретических данных:

Вычисление напряжений в продольной арматуре в момент разрушения балки по наклонному сечению и сравнение его с фактическим пределом текучести;

Построение графика зависимости относительных деформаций и напряжений в этой арматуре от уровня нагрузки;

Сравнение опытной разрушающей нагрузки для балки без поперечной арматуры с

расчетной величиной и определение значения коэффициента 2 и сопоставление его с нормативным значением 2 = 1,5.

6.Общие выводы на основании обработки и анализа результатов испытания балки.

Рассмотрим приведенные этапы лабораторной работы №5-8 в отдельности.

22

3 Характеристика балки и методика проведения испытания

Испытание балки выполняется на гидравлическом прессе мощностью 250 кН с ценой деления 0,5 кН.

Балка имеет прямоугольное сечение: = 80 мм, = 160 мм; длину 1900 мм и пролет 1600 мм. Расстояние между двумя сосредоточенными грузами 800 мм и от груза до опоры – 400 мм.

При этом армирование балки для данного исследования существенно отличается от предыдущего опытного образца в лабораторной работе №1-4.

Конструкция арматурного каркаса выбрана таким образом, чтобы получить характерное разрушение по наклонной трещине (рис. 8).

На участке от сосредоточенных сил до опор поперечные стержни в арматурном каркасе отсутствуют. Следовательно, поперечная сила будет восприниматься только бетонам. Продольная рабочая арматура принята избыточной, чтобы разрушение балки не происходило преждевременно по нормальному сечению.

Плоский сварной каркас состоит из рабочего стержня 14 мм класса А400, монтажного и поперечных стержней 6 мм класса А240. Поперечные стержни в каркасе, установленные по торцам балки служат главным образом для обеспечения надежной анкеровки продольной арматуры.

Для измерения деформаций растяжения рабочей арматуры на ней в зоне чистого изгиба балки устанавливаются два тензометра Т-1 и Т-2 рычажного типа с базой 20 мм.

Рис. 8 Армирование балки

Прогиб балки измеряется с помощью индикаторов или прогибомеров, которые устанавливаются в середине пролета и у опор. Индикаторы на опорах необходимы для учета и исключения возможной податливости опор.

Схема установки на балке измерительных приборов показана на рис. 9.

23

Рис. 9 Схема испытания балки и расстановка приборов: 1 – железобетонная балка; 2 – траверса;

3 – гидродомкрат с насосной станцией – гидравлический пресс мощностью 250 кН; 4 – индикаторы часового типа: И-1 – для измерения прогиба в середине пролета; И-2,И-3 – для измерения возможного смещения опор;

5 – тензометры Т-1,Т-2 для измерения деформаций рабочей арматуры

Нагружение балки в лабораторной работе №2 также производится ступенями, составляющими 5…10% от разрушающей нагрузки. До появления трещин и перед разрушением размер ступени нагрузки уменьшается в два раза, чтобы точнее и разрушающий момент

.

Ступенчатое нагружение балки дает возможность проследить за изменением деформаций и развитием трещин с ростом нагрузки. Каждая последующая ступень нагрузки в лабораторных работах прикладывается после выдержки 3…5 мин.

Существенным отличием данной работы от работы №1 является характер разрушения балки по наклонному сечению. Здесь балка разрушается внезапно (хрупко) с резким раскрытием наклонной трещины у правой или левой опоры.

Показания приоров записываются в журнал для первичной обработки.

4 Теоретический расчет прочности балки

В данной работе проверяются теоретические положения норм проектирования по наклонным сечениям. Арматурный каркас в данной работе сконструирован таким образом, чтобы разрушение произошло по наклонной трещине от действия главных растягивающих напряжений.

Одновременно сравнивается прочность нормального сечения и прочность наклонного сечения.

По результатам теоретического расчета можно утверждать, что прочность нормального сечения балки превосходит несущую способность наклонного сечения, и, следовательно, разрушение по наклонной трещине наиболее вероятно.

4.1 Определение прочности нормального сечения балки

Длина балки = 1900 мм, расстояние между опорами (расчетный пролет) 0 = 1600 мм, расстояние от опоры до силы 1 = 400 мм.

24

Размеры сечения: высота балки = 160 мм, ширина = 80 мм. Защитный слой бетона – 20 мм. Расстояние от центра тяжести арматуры до растянутой зоны: = 20 + ⁄2 = 20 + 14⁄2 = 27 мм.

Рабочая высота сечения: 0 = − = 160 − 27 = 133 мм. Коэффициент армирования:

армирована по нормальному сечению, однако будем полагать, что разрушение произойдет раньше по наклонной трещине.

Предельный теоретический разрушающий момент для балки:

Теоретический момент и нагрузка в стадии эксплуатации:

где – коэффициент, принимаемый в зависимости от характера разрушения конструкции ( = 1,3 при пластичном разрушении с текучестью продольной и/или поперечной арматуры в наклонном сечении; = 1,9 при хрупком разрушении с раздроблением бетона или нарушением анкеровки арматуры) по ГОСТ 8829-2018 (прил. Б, табл. Б.1).

4.2 Прочность балки по наклонному сечению

Поперечная сила, воспринимаемая бетоном в наклонном сечении:

2 = 1,5 – коэффициент, определен по результатам обработки многочисленных опытов при разрушении балок по наклонному сечению.

25

26

Максимальное и минимальное значение поперечной силы:

= 2,5 0 = 2,5 ∙ 1,1 ∙ 80 ∙ 133 = 29260 Н;= 0,5 0 = 0,5 ∙ 1,1 ∙ 80 ∙ 133 = 5852 Н.

Минимальная величина разрушающей нагрузки для испытываемой балки по силоизмерителю пресса должна быть не менее

= 2 = 2 ∙ 5850 = 11704 Н = 11,7 кН.

Таким образом, действительно разрушение балки по наклонной трещине от действия поперечной силы согласно расчетам произойдет при нагрузке равной 11,7 кН, то есть раньше, чем по нормальному сечению при нагрузке 30,2 кН. Естественно, что и напряжения в продольной рабочей арматуре должны быть меньше предела текучести.

Определив фактическую величину разрушающей нагрузки и проекцию наклонной трещины на горизонтальную ось балки 0 , вычислим для нашего опыта значение коэффициента 2 по формуле:

0 = 230 мм – фактическая проекция наклонной трещины на горизонтальную ось

балки.

5 Определение фактической прочности балки

5.1 Испытание балки

Балка испытывается на том же гидравлическом прессе, который применялся в Лабораторной работе №1-4.

Все отсчеты по тензометрам, ступени нагружения и время, а также нагрузки, при которых появляются первые наклонные трещины и наступает разрушение балки, заносятся в Журнал испытаний №2.

В журнале отмечаются: фактические размеры сечения балки ( , и 0) и длина фактической горизонтальной проекции наклонной трещины – 0

5.2 Обработка материалов испытания

После испытания балки №2 так же, как и в Лабораторной работе №1-4 производится сначала первичная, а затем вторичная обработка показаний приборов, по результатам которых строятся графики (рис. 10).

27

Рис. 10 Зависимости относительных деформаций

инапряжений в арматуре от нагрузки

5.3Сравнение опытных и теоретических данных

На основании обработки материалов испытания производится:

1.Сравнение замеренного напряжения в продольной арматуре при разрушении балки по наклонному сечению с пределом текучести ее при испытании контрольных стержней;

2.Сопоставление опытной разрушающей нагрузки , с минимальным теоретическим значением ее ,, рассчитанным по СП;

3.Определение фактической величины коэффициента 2,;

4.Построение графиков зависимостей.

Экспериментальная разрушающая поперечная сила рассчитывается с учетом собственного веса балки и загрузочных устройств:

, = , + 0⁄2 + 0,5 ,

где – собственный вес балки;– вес загрузочных устройств;0 – расчетный пролет балки.

Врезультате испытания балки и сравнения опытных и расчетных данных должны быть сделаны выводы.

Вних необходимо указать характер разрушения балки, значение нагрузки при образовании первых наклонных трещин , и разрушении ,.

Пример оформления выводов

1.Балка разрушилась по наклонному сечению при нагрузке 21,6 кН, превысив

минимальную теоретическую нагрузку по наклонному сечению = 11,7 кН на 85%. Величина разрушающей нагрузки находится в пределах между и .

2.Напряжение в рабочей арматуре в момент разрушения по наклонной трещине составило 280 МПа, что меньше ее предела текучести – 400 МПа.

3.Фактическая проекция наклонной трещины на горизонтальную ось балки составляет 230 мм, что меньше расстояния от опоры до точки приложения силы (400 мм).

4.В нашей лабораторной работе экспериментальный коэффициент 2 по результатам испытаний балки составил 1,596, что примерно на 6% больше нормативного значения.

5.Схема разрушения балки по наклонной трещине:

28

Контрольные вопросы для зачета по лабораторным работам

1.Цель и задачи каждой лабораторной работы;

2.Способы определения физико-механических характеристик бетона и арматуры;

3.Перечислить приборы и оборудование при испытаниях конструкций;

4.Объяснить схему расстановки приборов на балках;

5.Объяснить конструктивные особенности арматурных каркасов при разрушении по нормальному и наклонному сечению;

6.Перечислить контрольные расчетные параметры опытных конструкций;

7.Объяснить методику проведения испытания, способ передачи нагрузки;

8.Построить эпюры изгибающих моментов и поперечных сил;

9.Пояснить последовательность разрушения материалов, характер и признаки разрушения опытной конструкции;

10.Объяснить причины разрушения изгибаемых элементов;

11.Сравнить величины напряжений и деформаций в материалах конструкции с аналогичными параметрами при испытаниях бетона и арматуры;

12.Основные выводы по результатам испытаний; сравнить теоретические и опытные параметры;

13.Объяснить причины расхождения теоретических значений и опытных результатов;

14.Сделать главный вывод о состоянии конструкции и возможности ее применения для строительства.

29

Приложение А

Контрольно-измерительная аппаратура для испытания железобетонных конструкций 1. Индикаторы часового типа

Индикаторы применяются для измерения деформаций образцов при кратковременных или длительных нагрузках. Кроме этого индикаторы применяются для измерения перемещений заданных точек конструкции относительно опор с целью получения прогибов. В лабораторных работах индикаторы измеряют перемещения середины пролета балки и дают сразу готовый результат измерения с точностью 0,01 мм.

Свободный ход индикатора может быть 10 мм и 5 мм.

На циферблате индикатора имеется также малая стрелка, показывающая число полных оборотов большой стрелки или количество целых мм.