Розрахунок міцності похилих перерізів залізобетонних балок, підсилених вуглепластиковими матеріалами при однократному навантаженні

При цьому приймаються такі початкові передумови:

є справедливою гіпотеза плоских перерізів;

наклеєні в зоні дії максимальних поперечних сил полотна та стрічки працюють як додаткове зовнішнє армування;

система «залізобетонна балка – приклеєні елементи підсилення – клей» працює сумісно.

Міцнісні та деформативні характеристики бетону і арматури визначалися дослідним шляхом. Оскільки міцність бетону з часом зростала визначали два значення міцності бетону на стиск і на розтяг: в період випробування непідсилених балок і підсилених зразків. Випробування призм на осьовий стиск показало міцність в період випробування балок без підсилення fck, prism= 36, 4 МПа та в період випробування підсилених балок fck, prism = 39, 9 МПа. Значення міцності бетону на осьовий розтяг в період випробування непідсилених і підсилених балок визначали за відповідними значеннями fck, prism по таблиці 3. 1 [6]. Так для непідсилених балок fctk, 0, 05 = 2, 5 МПа, для підсилених – fctk, 0, 05 = 2, 7 МПа. За результатами випробування арматурних відрізків було визначено значення міцності поздовжньої арматури на границі текучості fу = 663, 7 МПа, межу міцності fu= 747, 5 МПа, модуль пружності Es= 2х105 МПа. Аналогічним чином було випробувано поперечну арматуру і отримано наступні результати: значення міцності арматури на границі текучості fу = 350 МПа, межа міцності fu = 366, 2 МПа, модуль пружності Es= 1, 7х105 МПа.

Міцнісні та деформативні характеристики елементів підсилення взято із технологічних карт відповідних матеріалів.

Результати розрахунку непідсилених балок наведені у таблиці 2.

Згідно ДСТУ Б В. 2. 6-156: 2010 для елементів, які мають поперечну арматуру, за опір зсуву приймається менша із величин, підрахованої за формулами (1) та (2) :

(1)

(2)

Значення отримане за (2) значно перевищує значення (1), тому приймаємо (1). Як бачимо формула (1) не враховує внесок бетону у несучу здатність похилих перерізів, тому міцність похилих перерізів балок значно занижена (табл. 2). Тому окремо було прораховано міцність похилих перерізів балок з врахуванням внеску бетону за формулою (3) :

(3)

де  - визначається за формулою (1) ;

  – визначається за формулою (4) ДСТУ Б В. 2. 6-156: 2010 як опір зсуву елементів, що не мають поперечного армування:

(4)

В ході розрахунку міцності похилих перерізів за методикою Корнійчука О. І. [5] виявилося, що запропонована в ній формула розрахунку проекції небезпечної похилої тріщини (5) значно занижує це значення, порівнюючи з реальним значенням с0.

(5)

Тому окремо було прораховано міцність похилих перерізів за методикою Корнійчука О. І. [5] з заміною формули по визначенню с0 (5) на формулу (6), яку пропонує СНиП 2. 03. 01-84*.

 

(6)

Таблиця 2

Значення межі експлуатаційної надійності непідсилених балок при однократному навантаженні

 

Аналогічним чином було прораховано міцність похилих перерізів підсилених балок (табл. 3 і 4). При цьому погонне зусилля, яке сприймають елементи підсилення при розрахунку за методикою СНиП 2. 03. 01-84* та Корнійчука О. І. визначали за формулами:

при підсиленні полотнами:

, (7)

при підсиленні нахиленими стрічками

, (8)

де   – напруження в елементі підсилення в момент руйнування балки;

 - площа поперечного перерізу елемента підсилення;

 - відстань між елементами підсилення в осях;

 - кут нахилу стрічок до поздовжньої осі балки.

 , (9)

де  - відносне видовження елемента підсилення в момент руйнування балки;

 - модуль пружності елемента підсилення.

Тобто міцність елементів підсилення балок при розрахунку за похилими перерізами була обмежена їх реальними деформаціями, які були зафіксовані електротензодатчиками в момент руйнування відповідної балки. Середні деформації в полотнах в момент руйнування балки БОП-1пс1 становили  =176х10-5 (0, 18%), БПС-2 –  =172х10-5 (0, 17%). Приведені середні деформації в стрічках в момент руйнування балки БОП-2пс2 становили  =64х10-5 (0, 06%), БПС-1 –  =49, 8х10-5 (0, 05%).

Зусилля, яке сприймають елементи підсилення при розрахунку за методикою ДСТУ Б В. 2. 6-156: 2010 визначали за формулами:

при підсиленні полотнами:

, (10)

при підсиленні нахиленими стрічками

, (11)

де z і θ – згідно позначень ДСТУ Б В. 2. 6-156: 2010.

Формула (11) значно завищує загальну міцність похилих перерізів (табл. 4). Проаналізувавши формули (7) і (8), які наведені в СНиП 2. 03. 01-84*, дійшли висновку, що для визначення зусилля в стрічках доцільнішим є використання формули (10) з домноженням на величину  , тобто без врахування   у (11). Тому окремо було прораховано міцність похилих перерізів балок підсилених нахиленими стрічками за формулою (12) :

(12)

 

Таблиця 3

Значення міцності похилих перерізів балок підсилених вуглепластиковими полотнами при однократному навантаженні

 

Таблиця 4

Значення міцності похилих перерізів балок підсилених нахиленими вуглепластиковими стрічками при однократному навантаженні

 

Висновки. 1. Результати теоретичного розрахунку за методикою СНиП 2. 03. 01-84* як непідсилених так і підсилених балок має задовільну збіжність з експериментальними значеннями.

2. При використанні методики Корнійчука О. І. значення проекції небезпечної похилої тріщини необхідно визначати за формулою (6) СНиП 2. 03. 01-84*.

3. При використанні методики розрахунку ДСТУ Б В. 2. 6-156: 2010 доцільно враховувати внесок бетону у загальну міцність похилих перерізів. Крім цього при наявності похилої арматури доцільно користуватися формулою (12).

 

1. Кваша В. Г. Розрахунок міцності похилих перерізів залізобетонних балок, підсилених наклеєними композитами. // Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі та споруди: Збірник наукових праць. Рівне: Видавництво НУВГП, 2011. – Випуск 22 – С. 801 – 807.

2. Мурин А. Я. Міцність, жорсткість і тріщиностійкість залізобетонних балок, підсилених зовнішньою композитною арматурою: дис…. канд. техн. наук / А. Я. Мурин. – Львів, 2011. – 163с.

3. Боярчук А. Б. Міцність, тріщиностійкість та деформації залізобетонних конструкцій при різних способах підсилення розтягнутої зони: дис…. канд. техн. наук / А. Б. Боярчук. – Луцьк, 2003. – 148с.

4. СНиП 2. 03. 01-84*. Бетонные и железобетонные конструкции // Госстрой СССР, 1989. -80с.

5. Корнійчук О. І. Міцність та тріщиностійкість похилих перерізів згинальних залізобетонних елементів при дії малоциклових знакозмінних навантажень: дис…. канд. техн. наук / О. І. Корнійчук. – Рівне, 2009. – 191с.

6. ДБН В. 2. 6-98: 2009. Бетонні та залізобетонні конструкції. Основні положення проектування // Мінрегіонбуд України, Київ, 2009. – 97с.

7. ДСТУ Б В. 2. 6-156: 2010. Бетонні та залізобетонні конструкції з важкого бетону. Правила проектування // Мінрегіонбуд України, Київ, 2010. – 166с.