Технологія підсилення балок та вплив повторного навантаження на тріщиностійкість та деформативність

 

Закономірність прирощення ширини розкриття тріщин при повторних навантаженнях легко піддається описуванню за допомогою експотенціальної функції, яку широко використовують у теорії повзучості при наявності затухання шуканої величини

де α – дослідний параметр, який характеризує швидкість затухання розкриття тріщини зі збігом кількості циклів N; ∆acrc, i (∞) – граничне значення ширини розкриття тріщини при N→∞.

Аналіз досліджень (див. рис. 1 і 2) свідчить про те, що швидкість збільшення ширини розкриття як максимальних, так і залишкових тріщин практично однакова для обох серій (БППЦ-0, 75 і БППЦ-0, 85). Обчислення з використанням методу найменших квадратів дозволяють рекомендувати з округленнями такі значення коефіцієнтів α: ∆acrc, max -α=0, 5, для і ∆acrc, res – α=0, 3.

У той же час значення величин ∆acrc, max (∞) і ∆acrc, res (∞) для згаданих серій відрізняються і залежать від рівня максимального зусилля у циклі. Для визначення розрахункових величин розкриття тріщин за рахунок повторних навантажень (табл. 1).

Табл. 1 підтверджує наявність високого розкиду даних з ширини розкриття тріщин. Це вимагає проведення додаткових експериментальних досліджень для статистичного обгрунтування відповідних величин. Тим не менше, як можна судити з рис. 1 і 2, де нанесені експериментальні та теоретичні графіки, пропоновані залежності дають задовільну збіжність.

 

Таблиця 1

Прирощення ширини розкриття тріщин при повторних навантаженнях

 

Отже можна констатувати, що для всіх дослідних балок був відмічений розвиток як нормальних так і похилих тріщин. Для балок серії БППЦ-0, 75 (η=0, 75) після їх утворення, на стадії циклічних випробувань, розвиток тріщин, що спостерігався, не відзначався великою інтенсивністю. Інша картина тріщиноутворення спостерігається для балок серії БППЦ-0, 85 (η=0, 85), на стадії циклічних випробувань, проходить суттєвий приріст глибини проникнення і ширини розкриття існуючих тріщин.

Аналізуючи графіки на рис. 3-4 можна дійти висновку, що закономірності прогинів в залежності від кількості повторень навантаження аналогічні графікам прирощення ширини розкриття тріщин. Тому, природньо, залишити форми співвідношень, які характеризують вплив повторних навантажень на зростання прогинів балок.

Повні значення максимальних та залишкових прогинів від впливу повторних навантажень пропонується визначати за співвідношеннями:

У формулах (1) і (2) прийняті такі позначення:

fi1 – прогин балки на першому циклі навантаження для максимального зусилля у циклі;

∆fi (N) – прогин балки за рахунок повторних навантажень;

∆fi (∞) – граничне значення прогину при N→∞;

β – дослідний параметр, який характеризує швидкість затухання прогинів зі збіганням кількості циклів N;

i – індекс, який визначає вимірюваний прогин – максимальний (max) або залишковий (res).

За результатами експериментальних досліджень складена табл. 2, де визначені параметри розрахункових формул (3) і (4).

Співставлення результатів за формулами (3) і (4) з урахуванням даних табл. 2, свідчать про задовільну збіжність теоретичних і дослідних результатів.

 

Рис. 3. Максимальні в циклі та залишкові прогини балок серії БППЦ- 0, 75; х- руйнування зразка, 1- програма випробувань

 

Рис. 4. Максимальні в циклі та залишкові після розвантаження прогини балок серії БППЦ- 0, 85; х- руйнування зразка, 1- програма випробувань

 

Таблиця 2

Параметри для визначення прирощення прогинів згинальних елементів при повторних навантаженнях

 

З табл. 2 видно, що швидкість збільшення прогинів під впливом повторних навантажень, яка характеризується коефіцієнтом β, менша ніж швидкість збільшення ширини розкриття нормальних тріщин. Вона зменшується зі збільшенням максимальних зусиль у циклі. Одночасно треба зауважити, що прогини зростають більш інтенсивно ніж тріщини, скоріш за усе за рахунок розвитку пластичних деформацій стиснутої зони бетону. Як і при ширині зростання тріщин слід відмітити, що максимальні прогини збільшуються швидше ніж залишкові, про що свідчать більші значення коефіцієнта β. Тут, очевидно, випливає так зване запізнення пластичних деформацій при розвантаження.

Висновки. Повторні навантаження суттєво впливають на ширину розкриття нормальних тріщин і після 10 циклів вони зростають в 1, 4 рази для балок з інтенсивністю навантаження 0, 75 від руйнівного, та у 1, 6 – для балок з рівнем максимального навантаження у циклі 0, 85 від руйнівного.

Одночасно, залишкові тріщини у порівнянні з першим розвантаженням збільшуються практично однаково для обох серій – у 1, 6 рази.

Треба звернути увагу, що при повторних навантаженнях високого рівня (0, 85 від руйнівних) ширина розкриття тріщин може перебільшувати допустиму ширину за вимогами чинних норм. Так, після 10 циклів навантаження з максимальною амплітудою у циклі зазначеного рівня, ширина розкриття нормальної тріщини становила acrc, max = 0, 41мм > [acrc]=0, 4мм. Така конструкція вже не відповідає нормативним вимогам другої групи граничних станів і стає непридатною до експлуатації. Таким чином, наявне якісне змінення експлуатаційних властивостей конструкції внаслідок дії повторних навантажень.

Аналогічні закономірності змінення під впливом повторних навантажень показали і прогини досліджених зразків. З точки зору збільшення, то у прогинах воно інтенсивніше, ніж у ширині розкриття тріщин. Так, для зразків, навантажених зусиллям 0, 75 від руйнівного максимальні прогини збільшилися у 1, 61 рази, а для зразків з повторними зусиллями максимальної інтенсивності 0, 85 – прогини збільшилися у 1, 75 рази.

Іще більше зросли залишкові прогини у порівнянні з першим розвантаженням. Для балок серії БППЦ-0, 75 після десятого розвантаження прогини збільшилися у 2, 22 рази, а для серії БППЦ-0, 85 – у 2, 33 рази. Це можна пояснити виявленням у стиснутій зоні балки незворотних деформацій повзучості.

Як і для ширини розкриття тріщин, повторні навантаження можуть призвести до перебільшення величини прогину допустимих значень, які встановлені нормативними документами. Так, для зразків балок серії БППЦ-0, 85 після 10 циклів навантаження максимальні прогини дорівнювали: f=9, 3мм > [f]=9, 0 мм.

 

1. Гордеева Т. Ф. Исследование изгибаемых железобетонных элементов при повторных статических нагрузках. Автореф. дис. канд. техн. наук. – Киев, 1970, – 20 с.

2. Бондаренко В. М., Бондаренко С. В. Инженерные методы нелинейной теории железобетона. – М. : Стройиздат, 1982.

3. Валовой А. И. Влияние кратковременных переменных нагрузок на прочность, деформативность и трещиностойкость железобетонных элементов из бетоном на отходах обогащения железных руд. Автореф. дис. на соиск. уч. степ. канд. техн. наук. Киев: КИСИ, 1980. – 20 с.

4. ГОСТ 10180-78. Бетоны. Методы определения прочности на сжатие и растяжение. – М. : Изд-во стандартов, 1980.

5. Железобетонные конструкции из бетонов на отходах горнорудной и металлургической промышленности / Л. И. Стороженко, Б. Н. Шевченко и др. – К. : Будівельник, 1982.

6. Московитин В. В. Циклическое нагружение элементов конструкций. – М. : Наука, 1981.