Обработка результатов испытаний

Лабораторная работа № 3

3. «ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ ЖЕЛЕЗОБЕТОННОЙ БАЛКИ ПРИ РАЗРУШЕНИИ ПО НАКЛОННОМУ СЕЧЕНИЮ»

3.1. Цель и задачи работы:

Настоящая лабораторная работа ставит своей целью дальнейшее изучение методов испытания железобетонных конструкций, определение причин и характера разрушения балок по наклонному сечению и степени соответствия расчетных формул результатам опыта.

Во время выполнения этой работы необходимо установить момент появления и характер развития наклонных трещин, зарисовать характер разрушения балки, вычислить теоретическую и расчетную нагрузки и сравнить их с опытной, сопоставить опытную и теоретическую ширину раскрытия наклонных трещин, нарисовать графики работы арматуры и бетона под нагрузкой, сделать заключение о пригодности балок испытанной партии к эксплуатации.

3.2. Проведение испытаний:

Характер опирания и загружения балки при разрушении ее по наклонному сечению такие же, как и в лабораторной работе №2. Поскольку настоящая работа преследует конкретную цель, то приняты меры к тому, чтобы балка не разрушилась по нормальному сечению. Для этого увеличена площадь сечения продольной рабочей арматуры, уменьшен диаметр поперечных стержней, сосредоточенные силы сдвинуты ближе к опорам.

Чтобы проследить поведение балки под нагрузкой, используются приборы: для измерения деформаций продольной и поперечной арматуры – тензометры Гугенбергера Т–1 и Т–2 с базой 20 мм и ценой деления 1 мк; для измерения деформаций сжатого бетона – индикатор часового типа И–1 с базой 200 мм и ценой деления 0,001 мм; для измерения деформаций растянутого бетона в месте возможного появления наклонной трещины – индикатор часового типа И–2 с базой 150 мм и ценой деления 0,001 мм; для определения прогибов – прогибомер Максима П – 1 с ценой деления шкалы 0,01 мм. Схема испытания балки и размещения на ней приборов показаны на рис. 3.1.

Перед испытанием замеряют и заносят в журнал пролет балки l₀, пролет среза a_c, высоту и ширину сечения балки h и b. После испытания, удалив участок бетона, замеряют защитный слой бетона, рабочую высоту сечения h₀, устанавливают класс и диаметр d_b

 

 

К испытанию балки по прочности наклонных сечений.

 

 

Армирование балки. Схема загружения и расстановка приборов.

1 – продольная рабочая арматура;

2 – монтажная арматура;

3 – поперечная арматура (хомуты).

Рис. 3.1.

 

продольной рабочей и поперечной d_w арматуры, шаг хомутов.

Загружение балки осуществляют ступенями, величину которых называют также, как в работе №2. После приложения каждой ступени нагрузки делают выдержку балки под нагрузкой, снимают отчеты по приборам и записывают в таблицу 3.1. Постоянно следят за появлением и раскрытием трещин, отмечая на балке характер их развития карандашом. При нагрузке, равной 0,6 от предполагаемой разрушающей, которую будем считать за условную нормативную нагрузку, снимают отчеты по всем приборам и замеряют ширину раскрытия наибольшей наклонной трещины на уровне центра рабочей арматуры. Результаты замеров заносят в таблицу 3.1.

После разрушения балки тщательно зарисовывают характер развития трещин и характер разрушения балки, который поможет установить ее работу под нагрузкой (рис. 3.2). Разрушение балки по наклонному сечению является результатом совместного действия поперечной силы и изгибающего момента. В зависимости от соотношения этих усилий возможны два случая разрушения.

 

Характер разрушения балки.

Рис 3.2.

 

При преобладающем действии изгибающего момента два блока балки, разделенные наклонной трещиной, поворачиваются друг относительно друга на незначительный угол (рис. 3.3.а). При преобладании поперечной силы два блока балки, разделенные наклонной трещиной, смещаются по вертикали на небольшую величину (рис. 3.3.б).

 

Характер разрушения балки по наклонному сечению.

а) при преобладающем действии изгибающего момента;

б) при преобладающем действии поперечной силы.

Рис. 3.3.

Независимо от случая разрушения балки замеряют длину проекции наклонной трещины С_о и записывают в таблицу 3.2.

 

Таблица 3.2.

Сравнение опытных и теоретических значений

 

Нагрузка

Проекция наклонной трещины

Ширина раскрытия наклонной трещины

Pu, кН

PuТ, кН

P, кН

Со, мм

СоТ, мм

аcrc, мм

, мм

аcrc, мм

 

Прочностные характеристики поперечной арматуры получают в результате испытания двух контрольных стержней на растяжение, а прочностные характеристики бетона принимают по данным лабораторных работ №1 и №2, если классы бетонов совпадают, или получают путем испытания кубов на сжатие.

 

Обработка результатов испытаний

По данным испытания кубов на сжатие вычисляют R_m по формуле (1.2) и В по формуле (1.6). Средняя прочность бетона на растяжение R_bt,m определяется по формуле (1.12), нормативную прочность бетона R_bt,n =R_bt,sez находят по этой же формуле, подставляя вместо R_m значение В. Расчетное сопротивление бетона на растяжение R_bt вычисляют по формуле:

(3.1)

принимая коэффициент надежности по бетону на растяжение γ_bt =1,5.

Предел временного сопротивления поперечной арматуры определяют по результатам испытания двух образцов на растяжение по формуле

(3.2)

где Р₁ и Р₂ – соответственно разрывное усилие для первого и второго образцов;

а_sw – площадь сечения одного образца.

 

Расчетное сопротивление поперечной арматуры R_sw принимают по нормам в зависимости от класса поперечной арматуры в испытанной балке.

Необходимо вычислить теоретическую разрушающую нагрузку Р_u ^т , расчетную нагрузку Р и сравнить их с опытной нагрузкой Р_u, вызывающей разрушение балки по наклонному сечению. При принятой расчетной схеме балки величина воспринимаемой силы будет равна поперечной силе в балке P_i = Q_i.

Теоретическую разрушающую силу вычисляют с использованием R_bt,m по формуле

(3.3)

где

(3.4)

П_w – количество поперечных стержней в сечении балки;

a_sw – площадь сечения одного поперечного стержня;

S – шаг поперечных стержней.

Расчетную силу вычисляют с использованием R_bt

 

; (3.5)

(3.6)

Отношение опытной разрушающей силы P_U к теоретической разрушающей P_U^Т показывает соответствие принятых расчетных формул действительной работе балки при разрушении ее по наклонному сечению.

Чем ближе это отношение к единице, тем лучше расчетные формулы описывают действительную работу изгибаемых моментов. Отношение опытной разрушающей силы P_U к расчетной P определяет запас несущей способности. В соответствии с ГОСТ 8829-85 4 при разрушении испытуемого элемента по наклонному сечению партия балок признается пригодной по прочности, если запас несущей способности C = P_U/P не менее 1,6.

Все описанные вычисления приводят в журнале лабораторных работ, а их результаты записывают в таблицу 3.2. Соответствие расчетных формул действительной работе балки проверяется путем сопоставления опытной и теоретической проекции наклонной трещины, а также ширины раскрытия наклонной трещины. Длину проекции наклонной трещины, отвечающую минимуму несущей способности балки по наклонным сечениям, вычисляют по формуле:

 

(3.7)

Теоретическую ширину раскрытия наклонной трещины при кратковременном действии нормативной нагрузки (P_n =0,2 P_u) определяют по эмпирической формуле:

 

; (3.8)

 

где – напряжение в поперечной арматуре

; (3.9)

 

– поперечная сила, воспринимаемая бетоном

; (3.10)

– диаметр поперечной арматуры в мм;

E_s, E_b – модули упругости арматуры и бетона; принимаются по СНиП
2.03.01-84*, в зависимости от класса арматуры и бетона.

η – коэффициент, принимаемый равным для арматуры класса А-1-1,3;
Вр-1-1,2.

Полученное значение и записывают в таблицу 3.2 и производят сравнение с опытным значением и , а также с предельно допустимой шириной раскрытия трещин по нормам . Партия балок признается пригодной к эксплуатации по раскрытию трещин, если ≤ .

Для построения графиков зависимости «нагрузка – относительные деформации материалов» вычисляют абсолютные и относительные деформации рабочей продольной и поперечной арматуры, сжатого и растянутого бетона. Вычисления выполняют так, как в лабораторной работе №2. Напряжение в арматуре получают умножая относительные деформации на соответствующий модуль упругости E_s и E_sw. Результаты вычислений записывают в ведомость испытаний (таблица 3.1). По этим данным строят графики, примерное выполнение которых показано на рисунке 3.4.

Зависимость деформаций арматуры и бетона от нагрузки

Р

 

 

 

 

Рис. 3.4

 

Выводы

В выводах кратко описывается характер разрушения балки по наклонному сечению, дается анализ сравнения опытных и теоретических нагрузок, опытных и теоретических значений, характеризующий наклонную трещину, делается заключение о соответствии расчетных формул к действительной работе балки под нагрузкой, о пригодности партии балок к эксплуатации. При значительном расхождении теоретических и экспериментальных значений дать объяснение.

 

Контрольные вопросы

1. Какие цели и задачи настоящей работы?

2. Как армирована балка?

3. Какая схема испытания балки и порядок загружения опытной нагрузки?

4. Какие измерительные приборы применяют при проведении работы? Их характеристики.

5. Расположение измерительных приборов на балке; назначение каждого из них.

6. Какие усилия приводят к разрушению балки по наклонному сечению?

7. Расскажите о возможных случаях разрушения балки по наклонному сечению.
8. Какую нагрузку принимают за нормативную?

9. На каких образцах определяют прочностные характеристики материалов?

10. Как вычисляют прочностные характеристики арматуры и бетона?

11. Как определяют расчетные характеристики арматуры и бетона?

12. Как вычисляется теоретическая разрушающая нагрузка?

13. Как вычисляется расчетная нагрузка?

14. Расскажите о факторе, характеризующем соответствие расчетных формул действительной работе балки под нагрузкой

15. Что такое коэффициент запаса прочности?

16. В каком случае партия балок признается годной по прочности?

17. Как принимается предельно допустимая ширина раскрытия трещин?

18. Условия, при которых партия балок признается годной к эксплуатации.

19. Как найти абсолютные и относительные деформации стали и бетона?

20. Как вычислить опытные значения напряжений в арматуре и бетоне?

21. Как строятся графики зависимостей «нагрузка – относительные деформации»? Что они характеризуют?