Архитектура и строительство/ 4.Современные строительные материалы

Магистранты Сарсенова А.Д., Шекеев Д.Б.

Таразский государственный университет имени М.Х. Дулати

Образование и развитие наклонных трещин и характер разрушения по наклонным сечениям

В зоне действия изгибающих моментов и поперечных сил можно наблюдать два основных типа трещин. Трещины первого типа начинаются от растянутой грани элемента, вначале следуя нормально к ней, а затем наклонно. Трещины второго типа образуются в пределах высоты сечения элемента с наклоном к продольной оси, развиваясь к верхним и нижним граням [1,2].

Вначале, как правило, появляются трещины первого типа в зоне, где действуют большие изгибающие моменты; постепенно область появления этих трещин распространяется к опоре.

На определенном этапе нагружения появляются наклонные трещины второго типа. Эти наклонные трещины образуются над нормальными трещинами или в зоне, где трещины отсутствуют. Особый характер развития трещин наблюдается у растянутой грани около опоры и у сжатой грани около груза.

У растянутой грани, от места пересечения продольной арматурой наклонной трещины образуются одна или ряд горизонтальных или слабо наклонных трещин, следующих вдоль продольной арматуры к опоре. У сжатой грани элемента наклонные трещины изменяют угол наклона и следует вдоль сжатой грани.

По мере увеличения нагрузки и развития наклонных трещин наступает такой момент, когда элемент перестает сопротивляться усилиям, действующим на него, и происходит разрушение. Разрушение элемента по наклонным сечениям характеризуется резким раскрытием одной из наклонных трещин и последующим разрушением бетона над его верхним концом (разрушение по сжатой зоне) либо нарушением связи между продольной арматурой и бетоном на участке от конца наклонной трещины до балки (разрушение по растянутой зоне).

Разрушение по растянутой зоне характеризуется проскальзыванием продольной арматуры относительно бетона на концевых участках элемента. При этом вдоль продольной арматуры от наклонного сечения до конца элемента распространяется продольная трещина, отделяющая арматуру от бетона.

Наклонные сечения , проходящие по критической наклонной , характеризуются двумя геометрическими параметрами - высотой зоны бетона над наклонной трещиной X и длиной проекции наклонной трещины на продольную ось балки С₀.

Загружение элемента одной или двумя симметрично расположенными сосредоточенными грузами представляет собой наиболее характерный и показательный случай работы железобетонных элементов при действии поперечных сил, наиболее неблагоприятный с точки зрения разрушения по наклонному сечению. Поэтому большинство проведенных испытаний относится именно к такому способу загружения [3-5 и др.].

При загружении элемента одной или двумя сосредоточенными нагрузками зона действия поперечных сил располагается между опорой и грузом и наклонные трещины образуясь в этой зоне развиваются к сечению под сосредоточенным грузом.

При малых значениях относительного расстояния от опоры до груза a/ho (до 2 - 2,5) критическая наклонная трещина распространяется практически прямолинейно от опоры до груза. При больших значениях а/ho критическая наклонная трещина подходит к растянутой грани на некотором расстоянии от опоры, а к сжатой грани - также на некотором расстоянии от груза, а затем распространяется к грузу по более пологой траектории у сжатой грани. Наиболее отчетливо проявляется влияние а/ho на характер разрушения для элементов без хомутов. на рисунке 1 показаны схемы раздробления зоны бетона над наклонной трещиной и по направлению наклонной трещины.

1) 2)

Рисунок 1 - Развитие наклонных трещин в балках с сосредоточенной нагрузкой

при различных значениях относительного расстояния от опоры до груза

В первом случае происходит раздробление зоны бетона над наклонной трещиной, которое проявляется в виде образования ряда мелких трещин, которое объединяясь, нарушают целостность бетонного блока.

Во втором случае происходит разрыв бетона по направлению наклонной трещины и трещина распространяется к сжатой грани элемента без нарушения целостности бетона по берегам наклонной трещины.

На рисунке 2 показан график изменения разрушающей нагрузки с увеличением процента поперечного армирования.

Рисунок 2 - Изменение разрушающей нагрузки с увеличением процента

поперечного армирования.

При малых значениях a/ho разрушение происходит значительно позже образования критической наклонной трещины, но по мере увеличения a/ho разница между нагрузкой образования критической наклонной трещины и разрушения уменьшается до тех пор, пока они не оказываются равными друг другу и разрушение происходит одновременно с образованием наклонной трещины. При дальнейшем увеличении a/h₀ наклонные трещины не образуются, а разрушение происходит раньше по нормальному сечению.

Нагрузка образования критической наклонной трещины и I разрушающая нагрузка уменьшается с увеличением a/ho.

Опытами [5,6 и др.] установлено, что продольная арматура оказывает вполне определенное влияние на развитие наклонных трещин и разрушение элемента по наклонному сечению. С увеличением количества продольной арматуры несколько увеличивается усилие образования наклонных трещин и примерно в той же степени - несущая способность по наклонному сечению. При увеличении коэффициента армирования [ от 2% до 4%] для балок без хомутов, где влияние продольной арматуры является в наибольшей степени, разрушающая нагрузка увеличивается примерно на 30%.

Если проанализировать выводы сделанные вышеуказанными исследователями, то подавляющее большинство указывает на уменьшение относительной прочности по наклонному сечению при увеличении высоты балок. Все эти авторы предметом исследования принимали обычные балки без хомутов, только имеется несколько балок Г. Баля [5], которые имели поперечное армирование, т.е. до настоящего времени балки с хомутами не были объектом целенаправленного исследования по наклонному сечению. Как нам известно, на практике высокие балки обязательно (хотя бы конструктивно) армируются хомутами независимо от необходимости расчета их по наклонному сечению на перерезывающую силу. Поведение таких балок далеко не изучено нашими и зарубежными исследователями и имеется определенная необходимость провести научно-исследовательскую работу в этом направлении.

Литература

1. Гвоздев А.А., Залесов А.С. К расчету прочности наклонных сечений железобетонных элементов // бетон и железобетон, 1983, №11, С.27-28.

2. Гимейн Б.С. К расчету прочности и трещиностойкости наклонных сечений элементов железобетонных конструкций при изгибе с поперечной силой, «Известия ВНИИГ», т.97, «Энергия», л., 1972.

3. Залесов А.С. Новый метод расчета прочности железобетонных элементов по наклонным сечениям. Труды научно-исследовательского интитута бетона и железобетона (НИИЖБ). Расчет и конструирование железобетонных конструкций, М., 1987, вып.39., С.16-28.

4. Залесов А.С., Ильин О.Ф. Опыт построения новой теории прочности балок в зоне действия поперечных сил. – В кн.: Новое о прочности железобетона. М., Стройиздат, 1987, С.76-115.

5. Ермуханов К.Е. прочность высоких балок по наклонному сечению // Бетон и железобетон. 1993, №11, С.23-24.

6. Ермуханов К.Е., Момбеков И.А. сопротивление поперечно-армированных плит действию концентрированной нагрузки. – Механика и моделирование процессов технологии. – жамбыл, 1996, С.