Портал освітньо-інформаційних послуг «Студентська консультація»

  
Телефон +3 8(066) 185-39-18
Телефон +3 8(093) 202-63-01
 (066) 185-39-18
Вконтакте Студентська консультація
 studscon@gmail.com
 facebook.com/studcons

<script>

  (function(i,s,o,g,r,a,m){i['GoogleAnalyticsObject']=r;i[r]=i[r]||function(){

  (i[r].q=i[r].q||[]).push(arguments)},i[r].l=1*new Date();a=s.createElement(o),

  m=s.getElementsByTagName(o)[0];a.async=1;a.src=g;m.parentNode.insertBefore(a,m)

  })(window,document,'script','//www.google-analytics.com/analytics.js','ga');

 

  ga('create', 'UA-53007750-1', 'auto');

  ga('send', 'pageview');

 

</script>

Основи та особливості деформування залізобетонних елементів за відцентрового стиску

Предмет: 
Тип роботи: 
Стаття
К-сть сторінок: 
10
Мова: 
Українська
Оцінка: 
Основи та особливості деформування залізобетонних елементів за відцентрового стиску
 
Основые положения и особенности деформирования внецентренносжатых железобетонных элементов
 
Principles and characteristics of strain compressed out of centerreinforced concrete elements
 
Ромашко В. М., к. т. н., доц. (Національний університет водного господарства та природокористування, м. Рівне)
Ромашко В. Н., к. т. н., доц. (Национальный университет водного хозяйства и природопользования, г. Ривне)
Romashko V., candidate of technical sciences, docent (National University of Water Management and Nature Conservation, Rivne)
 
Для відцентрово стиснутих залізобетонних елементів запропоновано методику визначення граничних деформацій бетону в його перерізі. Вона базується на використанні повної діаграми деформування стиснутого бетону у вигляді неправильної дробово-раціональної функції
Для внецентренно сжатых железобетонных элементов предложена методика определения предельных деформаций бетона в его сечении. Она базируется на использовании полной диаграммы деформирования сжатого бетона в виде неправильной дробно-рациональной функции
The technique of determining the concrete limit deformations of its section for outside the center-compressed reinforced-concrete elements is offered. It is based on the use of compressed concrete complete deformation diagram in the form of improper rational function
Ключові слова:
Границя, деформації, бетон, стиск, залізобетон
Предел, деформации, бетон, сжатие, железобетон
Limit, deformation, concrete, compression, reinforced
 
Постановка проблеми. В основу нових вітчизняних норм з проектування бетонних та залізобетонних елементів і конструкцій [1, 2] покладена так звана «деформаційна модель» роботи бетону. По аналогії з Євронормами [3], вона ґрунтується на використанні у розрахунках конструкцій повних діаграм деформування стиснутого бетону. Базовими для залежностей   прийняті неправильна дробово-раціональна функція та поліном п’ятого степеню. Як за одною так і за другою функціями величина граничних деформацій стиснутого бетону обмежується фіксованими величинами, наведеними у відповідних таблицях. Але, як показують чисельні експериментальні дослідження [4, 5, 6, 7, 8], граничні деформації стиснутого бетону в бетонних та залізобетонних елементах:
залежать від багатьох факторів їх напружено-деформованого стану;
не залишаються постійними навіть для одного класу бетону та змінюються в доволі широких межах;
суттєво відрізняються від нормованих табличних величин.
Якщо ж розглядати табличні величини граничних деформацій бетону як їх максимально можливі значення, то це теж у багатьох випадках не відповідає результатам експериментальних досліджень [4, 5, 6, 7, 8].
Критерії обмеження граничних деформацій стиснутого бетону в Євронормах [3] загалом відомі. Залишається дещо незрозумілим, чим керувалися розробники вітчизняних норм [1], обмежуючи граничні деформації бетону прийнятими табличними значеннями? Величини граничних деформації стиснутого бетону, визначені за допомогою відомого екстремального критерію з напружено-деформованого стану залізобетонних елементів, у більшості випадків відрізняються, і навіть значно, від нормованих табличних величин.
Оскільки в нових нормативних документах напружено-деформований стан залізобетонних елементів та конструкцій визначається або уточнюється ітераційними методами, переважно методом послідовних наближень або «половинного ділення», то складається таке враження, що табличні значення граничних деформацій бетону, прийняті у вітчизняних нормах, слугують переважно вихідними величинами для стартового розрахунку. Цілком очевидно, що сказане в певній мірі стосується і Європейських норм.
Якщо це відповідає дійсності, то граничні деформації стиснутого бетону не варто було обмежувати табличними величинами у такий спосіб. Для цього доцільніше було б використовувати максимально можливі значення граничних деформацій стиснутого бетону, використовуючи дуже просту залежність
 
До речі, це ж саме стосується і бетону розтягнутої зони залізобетонних елементів
 
Аналіз останніх досліджень і публікацій. Сьогоднішній підвищений інтерес багатьох дослідників [4, 5, 7, 8, 9] до визначення граничних деформацій стиснутого бетону очевидно можна пояснити тим, що в сучасних теоріях моделювання напружено-деформованого стану або роботи бетонних та залізобетонних елементів і конструкцій особлива роль відводиться повним діаграмам деформування стиснутого бетону. Саме зазначені деформації визначають та відображають одну з найважливіших параметричних точок не тільки діаграми деформування бетону  , але й діаграми стану всього елемента  . Існуючі на сьогодні залежності з визначення граничних деформацій бетону є доволі складними [8] або ж абсолютно не зв’язаними з визначальними факторами напружено-деформованого стану залізобетонних елементів [4, 5].
Виділення питань, не вирішених в рамках загальної проблеми. Як показують експериментальні дослідження, граничні деформації стиснутого бетону   змінюються в доволі широких межах. Цілком очевидно, що їх слід обов’язково пов’язувати з діаграмами стану залізобетонних елементів   та   [8, 9]. Оскільки напружено-деформований стан таких елементів в значній мірі залежить від параметрів їх армування, то граничні деформації стиснутого бетону повинні теж суттєво залежати від зазначених параметрів. Однак вплив факторів армування, визначальними серед яких є коефіцієнт армування поздовжніми стержнями та їх положення в перерізі елементу, на величину граничних деформацій стиснутого бетону залишається практично не дослідженим.
Мета статті. Дана стаття направлена на розробку методики визначення граничних деформацій бетону у відцентрово стиснутих залізобетонних елементах за однозначної епюри напружень в бетоні. Основним завданням даної статті є оцінка впливу визначальних параметрів армування, зокрема насиченості елемента арматурою та її положення в перерізі, на величину граничних деформацій стиснутого бетону. Адже саме наявність арматури найбільше сприяє перерозподілу зусиль в перерізах залізобетонних елементів і конструкцій.
Виклад основного матеріалу. В основу запропонованої нижче методики визначення граничних деформацій бетону у відцентрово стиснутих армованих елементах покладемо ряд наступних робочих гіпотез:
зв'язок між напругами та деформаціями стиснутого бетону представимо повними діаграмами його деформування у вигляді неправильної дробово-раціональної функції (3)
зв'язок між напругами та деформаціями арматури будемо представляти у вигляді діаграми Прандтля (за відсутності фізичної межі текучості – лінійно-параболічною функцією) ;
при деформуванні відцентрово стиснутого елемента є справедливою гіпотеза плоских перерізів опір розрахункового перерізу вважається вичерпаним, якщо деформації найбільш стиснутих волокон бетону досягають своїх граничних значень.
Оцінюючи напружено-деформований стан відцентрово стиснутого залізобетонного елемента (рис. 1), запишемо рівняння його рівноваги
 
Приймаючи до уваги четверту гіпотезу, граничні деформації найбільш стиснутих волокон бетону знайдемо, використовуючи загальновідомий екстремальний критерій  .
Розв’язок рівняння (7) після його диференціювання є доволі складним. Однак, з досить високою точністю (достовірністю R2=0. 9989) він може бути представлений наступною залежністю
Для випадку, коли нейтральна лінія буде проходити по нижній грані перерізу ( ;  ;   та  ), він суттєво спрощується і рівень граничних деформацій найбільш стиснутих волокон бетону можна обчислювати за виразом (9)
Детальний аналіз результатів досліджень дозволив визначити ступінь впливу класу арматури, коефіцієнту армування та положення поздовжніх арматурних стержнів в перерізі відцентрово стиснутого залізобетонного елемента на граничні деформації стиснутого бетону (рис. 2 і 3).
 
На основі проведеного аналізу можна зробити наступні висновки:
максимально можливі значення граничних деформацій стиснутого бетону в залізобетонних елементах і конструкціях залежать від коефіцієнта пружно-пластичності бетону та можуть бути визначені за формулою (1) ;
номінальні значення граничних деформацій стиснутого бетону залежать від напружено-деформованого стану залізобетонних елементів (діаграм їх стану   та  ) ;
впливом звичайної (не високоміцної) арматури на граничні деформації стиснутого бетону в залізобетонних елементах і конструкціях можна знехтувати тільки в тому випадку, якщо вони виготовлені з бетону класу С40/50 і вище;
з параметрів армування на граничні деформації стиснутого бетону найбільше впливають коефіцієнт армування, клас арматури та положення арматурних стержнів в перерізі залізобетонного елементу;
залежність граничних деформацій стиснутого бетону від коефіцієнту армування є близькою до лінійної;
положення арматурних стержнів в перерізі залізобетонних елементів впливає на величину граничних деформацій стиснутого бетону нелінійно.
 
1. Конструкції будинків і споруд. Бетонні та залізобетонні конструкції. Основні положення / Мінрегіонбуд України: ДБН В.
2. 6-98: 2009. – [Чинні від 01. 06. 11]. – К. : Мінрегіонбуд України, 2011. – 71 с. 2. Конструкції будинків і споруд. Бетонні та залізобетонні конструкції з важкого бетону. Правила проектування / Мінрегіонбуд України: ДСТУ Б В. 2. 6-156: 2010. – [Чинний від 01. 06. 11]. – К. : Мінрегіонбуд України, 2011. – 123 с. – (Національний стандарт України).
3. Eurocode-2: Design of Concrete Structures. – Part 1-1: General Rules and Rules for Building: EN 1992-1-1. – [Final Draft, December, 2004]. – Brussels: CEN. – 2004. – 225 p. – (Європейський стандарт).
4. Бачинский В. Я. Связь между напряжениями и деформациями бетона при кратковременном неоднородном сжатии / В. Я. Бачинский, А. Н. Бамбура, С. С. Ватагин // Бетон и железобетон. – 1987. -№10. – С. 18-19.
5. Дорофеев В. С. Расчет изгибаемых элементов с учетом полной диаграммы деформирования бетона: монография / В. С. Дорофеев, В. Ю. Барданов. – Одесса: ОГАСА, 2003. – 210 с.
6. Гамаюнов Е. И. О величине предельных деформаций бетона при сжатии / Е. И. Гамаюнов // Сб. науч. тр. ЦНИИС. – М. : Транспорт, 1968. – Вып. 24. – С. 30-36.
7. Лазарєв Д. М. Експериментальні дослідження міцності та граничної деформації бетону стиснутих та зігнутих залізобетонних елементів / Д. М. Лазарєв // Совершенствование расчетов прочности элементов бетонных, железобетонных и каменных конструкции: Сб. науч. тр. -Полтава: Полт. НТУ, 2007. – С. 256-264.
8. Павліков А. М. Нелінійна модель напружено-деформованого стану косо завантажених залізобетонних елементів у закритичній стадії: монографія / А. М. Павліков – Полтава: ПолтНТУ ім. Юрія Кондратюка, 2007. – 259 с.
9. Ромашко В. М. Особливості деформування відцентрово стиснутих бетонних елементів / В. М. Ромашко // Ресурсоекономні матеріали, конструкції будівлі та споруди: Зб. наук. праць НУВГП. – Рівне: НУВГП. -2011. -№22. – С. 473-478.
Фото Капча