Испытание железобетонной балки на изгиб с разрушением по нормальному сечению

Лабораторная работа № 1

1.1. Цель работы

Изучение работы железобетонной балки при изгибе с разрушением по нормальному сечению.

1.2. Задачи работы

1) Установление характера образования трещин на поверхности балки и измерение ширины раскрытия трещин.

2) Определение максимальных изгибов балки до образования трещин и после.

3) Определение значения разрушающей нагрузки и установление схемы разрушения балки.

4) Вычисление нагрузок при образовании первой трещины и при разрушении, прогибов, ширины раскрытия трещин и сравнение этих величин с аналогичными величинами, полученными при испытании.

1.3. Конструкция балки

Железобетонная балка изготовлена из тяжелого бетона и армирована плоским сварным каркасом.

Основные размеры и армирование испытываемой балки по данным обмера заносятся в таблицу.

Геометрические характеристики балки

Наименование величин, единицы измерения	Обозначения	Фактические значения
1. Длина балки, мм	L	1215
2. Ширина сечения, мм	b	65
3. Высота сечения, мм	h	130
4. Рабочая высота, мм	h	112
5. Расстояние от нижней грани балки до центра тяжести растянутой арматуры, мм		18
6. Расстояние от верхней грани балки до центра тяжести сжатой арматуры, мм		18
7. Диаметр и класс растянутой арматуры, мм	d	А-4 12
8. Площадь поперечного сечения растянутой арматуры, мм		113,04
9. Диаметр и класс сжатой арматуры, мм	d1	Вр-400 4
10. Площадь поперечного сечения сжатой арматуры, мм		12,56
11. Расчетный пролет балки, мм	L	111,5
12. Расстояние от опоры до точки приложения силы, мм	F	495

Рис 1. Конструкция железобетонной балки

1.4. Физико-механические характеристики бетона и арматуры

Прочность бетона при при сжатии определяется при испытании стандартных контрольных кубов или цилиндров в соответствии с ГОСТ 10180-78 или приборами механического действия в соответствии с ГОСТ 22690.0.77…ГОСТ 22690.4.77.

Призменная прочность бетона, прочность бетона при растяжении и начальный модуль упругости определяется при испытании стандартных образцов, изготовленных одновременно с конструкциями из того же бетона. Эти характеристики могут быть определены по эмпирической прочности бетона , выраженной в МПа.

Призменная прочность бетона в МПа равна:

;

Прочность бетона при сжатии в МПа определяется по формуле Фере:

;

Начальный модуль упругости в МПа (по А.А. Гвоздеву):

Предел текучей арматуры и модуль упругости определяется при испытании образцов арматуры на растяжение, проводимых в соответствии с требованиями ГОСТ 12004-81. «Сталь арматурная. Методы испытания на растяжение».

Данные характеристики не следует отождествлять с нормативными и расчетными, приведенными в СНиП 2.03.01-84 и определяемыми в зависимости от класса бетона.

 

Физико-механические характеристики бетона и арматуры

Характеристики бетона, МПа	Характеристики арматуры, МПа
				растянутой	Сжатой
19,1	14,342	1,672	23,59	400	200000	395	200000

1.5. Испытание балки

При испытании железобетонных конструкций должны выполняться требования ГОСТ 8829-85. «Конструкции и изделия бетонные и железобетонные сборные. Методы испытания нагружением и оценка прочности, жесткости и трещиностойкости».

Балка перед испытанием должна быть побелена жидким раствором мела или извести. В местах опирания и загружения устанавливаются на гипсовом растворе металлические пластинки, препятствующие смятию бетона.

Испытание балки проводится на металлическом стенде в перевернутом на 180 градусов положении. Загружение балки производится гидравлическим домкратом, передающим сосредоточенную нагрузку F на два симметрично расположенные сечения балки.

 

Рис 1.2. Схема испытания балки

Сосредоточенную силу F прикладывают ступенями, размер которых составляет 5…10 % от ожидаемой разрушающей нагрузки F. После каждого этапа нагружения дается 3…5-минутная выдержка железобетонной балки под нагрузкой, во время которой производится осмотр балки и фиксируются образование трещин. После выдержки снимаются показания по индикаторам, фиксирующим перемещения балки. Деформация бетона растянутой зоны и нагрузку образования трещин определяют с помощью тензометров рычажного типа. После образования трещин определяются ширина раскрытия трещин с помощью отсчетного микроскопа МПБ-2. На поверхности балки карандашом проводятся линии параллельные трещинам, около которых проставляются номера этапов. Показания приборов заносятся в таблицу.

 

Ведомость испытания железобетонной балки

Номер этапа	Нагрузка, кН	Перемещение, мм, замеренные прогибомером	Прогиб, мм	Ширина раскрытия трещин,мм	Примечания
И-1()
0	0	448	0	-	-
	1,6			-	-
2	3,2	448	0	-	-
3	4,8	438	0,1	-	-
4	6,4	433	0,15	-	-
5	8,0	426	0,22	0,1	Появление трещен
6	9,6	421	0,27	0,11	-
7	11,2	412	0,36	0,14	-
8	12,8	406	0,42	0,2	-
9	14,4	395	0,53	0,25	-
10	16,0	385	0,63	0,25	-
11	17,6	378	0,7	0,27	-
	19,2		0,79	0,28	-
13	20,8	354	0,94		-
14	22,4				разрушение

 

Строим график зависимости прогиба f от нагрузки F. Отклонения от линейной зависимости этого графика вызваны пластическими деформациями бетона и арматуры,

образованием и раскрытием трещин.

F(кН)

0 f(мм)

 

Рис. 1.3. График прогибов испытываемой балки

 

 

Зарисовываем схема разрушения и схема образования трещин.

 

 

1.6. Расчет балки

1.6.1. Расчет трещиностойкости балки

Ожидаемая величина нагрузки, при которой появляются первые трещины, может быть определена по формуле:

-момент, вызывающий появление трещин,

-упругопластический момент сопротивления по растянутой зоне перед образованием трещин для бетонного сечения.

1.6.2. Определение прогибов

До появления трещин:

Ожидаемый прогиб балки в середине пролета L определяется по формуле:

- коэффициент для шарнирно-опертой балки, загруженной двумя сосредоточенными силами F, расположенными на расстоянии а_F от опор;

- кривизна балки на участке действия максимальных изгибающих моментов

;

- приведенный момент инерции железобетонного сечения, принятый для слабоармированной конструкции равным моменту инерции бетонного сечения;

мм

После образования трещин:

Ожидаемый прогиб балки в середине пролета L определяется по формуле:

- коэффициент для шарнирно-опертой балки, загруженной двумя сосредоточенными силами F, расположенными на расстоянии от опор;

мм

1.6.3. Определение ширины раскрытия трещин

Ширина раскрытия трещин в нормальных к продольной оси балки сечения:

Здесь =1 для изгибаемых элементов,

=1 при кратковременном действии нагрузки,

=1,0 при арматуре периодического профиля,

=1,3 при гладкой стержневой арматуре,

d – диаметр растянутой арматуры в мм,

1.6.4. Определение разрушающей нагрузки

- момент, вызывающий разрушение балки по нормальному сечению;

- высота сжатой зоны бетона;

Условие выполняется.

1.7. Сравнение результатов эксперимента с данными расчета

На заключительном этапе сопоставляем расчетные и экспериментальные данные, делаем выводы о причинах отклонений расчетных данных от данных, полученных при испытании балки.

Относительные отклонения расчетных данных от данных, полученных при испытании, определяем по формуле:

Где - значение силы, полученное при испытании,

- значение силы, полученное из расчета.

Основные результаты испытаний и расчетов

Данные	, кН	f, мм	, мм	, кН
Без трещин при F = 1,6 кН	С трещинами при F = 19,2 кН
Опытные			7,9	0,1	22,4
Расчетные	2,167	1,898	19,798	0,174	16,589
Отклонения %

Вывод:

Экспериментальные и расчетные данные не сходятся, т.к. при изготовлении конструкции не возможно добиться идеальных условий. Погрешности будут создаваться на протяжении изготовления конструкции, что и приводит к различным значениям расчетных и экспериментальных данных.

Также невозможно добиться идеальных условий и при проведении эксперимента, т.к. погрешности будут создаваться при неправильно отрегулированном оборудовании и человеческого фактора.
МИНОБРНАУКИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Томский государственный архитектурно-строительный университет»

(ТГАСУ)

 

Строительный факультет

Кафедра «Железобетонные и каменные конструкции»

 

Лабораторная работа №1

“Испытание железобетонной балки на изгиб

с разрушением по нормальному сечению”

 

 

Выполнила:

студентка СФ гр. 110/5

Тур А.В.

 

 

Проверил:

Пахмурин О.Р.

 

 

Томск 2013г.