Строительство и архитектура/ 3.Современные технологии строительства, реконструкции и реставрации

Киселев А.А., Снежкина О.В.

Пензенский государственный университет архитектуры и строительства, Россия

Напряженно-деформированное состояние железобетонных балок с пролетом среза a/h₀=0,5

С целью получения более полной информации о напряженно-деформированном состоянии коротких балок с пролетом среза a/h₀=0,5, произведен расчет указанных конструкций численным методом конечных элементов по программе «ЛИРА».

Расчетная схема балок представляет собой множество конечных элементов в виде прямоугольных ячеек размером 2,5´2,5 и шириной 25 см. По причине ограничения количества элементов в расчет задействована лишь половина балки. Действие отброшенной части заменялось наложением горизонтальных связей. Принятая расчетная схема допустима, так как обе части балки работают симметрично относительно линии действия внешней силы. Опорные площадки имитировались приложением вертикальных связей в узлы, соответствующие расчетной модели, а нагрузка, действующая на балку, моделировалась сосредоточенными силами единичной величины в узлах конечных элементов.

Рис. 1. Расчетная схема балок с a/h₀=0,5

Ниже поочередно рассматривается характер распределения нормальных, касательных и главных напряжений.

На рис. 2-а показан характер распределения нормальных напряжений s_x в балках с пролетом среза 0,5. Характерным является то, что в пролете среза эпюры s_x являются двузначными. Максимальные сжимающие напряжения s_x располагаются в верхней части балки, максимальные растягивающие напряжения – в нижней части эпюры у нижней грани балки.

а) б)

в) г)

Рис.1. Эпюры напряжений в балке с a/h₀=0,5

На рис. 2-б показан характер распределения нормальных напряжений s_y для балок. Характерным для коротких балок является то, что максимальные напряжения s_у располагаются в вертикальном сечении по линии действия нагрузки. При этом, с удалением от верхней и нижней грани, то есть с удалением от линии действия нагрузки, величина действия максимальных напряжений уменьшается. Одновременно происходит увеличение длины эпюр s_y в направлении оси X.

На рис. 2-в показан характер распределения касательных напряжений t_xy. Характерным является то, что в пролете среза в вертикальных сечениях, расположенных близко к осям передачи нагрузки, эпюры t_xy имеют максимальные значения в верхней части для сечений, расположенных ближе к центру передачи нагрузки, и в нижней части в сечениях, расположенных близко к центру действия реакции.

На рис. 2-г показан характер распределения главных сжимающих и главных растягивающих напряжений.

На рис. 2 также построены линии максимальных, равных и нулевых напряжений.

По результатам проведенных исследований выявлено отличие коротких балок от обычных балок по характеру распределения нормальных напряжений s_x. Отличительной особенностью коротких балок является наличие нескольких нулевых линий, а также характер их расположения.

Линии максимальных касательных напряжений t_xy max, которые по сути являются траекториями наклонных трещин в бетоне коротких балок, в полной мере соответствуют классификации трещин, принятой ранее.

Выявлено, что в коротких балках с a/h₀=0,5, главные сжимающие напряжения концентрируются в наклонных участках, расположенных между местами приложения внешних и реактивных сил. Главные растягивающие напряжения концентрируются в горизонтальных участках, расположенных вдоль нижней грани балки.