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

Киселев А.А., Снежкина О.В.

Пензенский государственный университет архитектуры и строительства, Россия

Отличительные особенности напряженно-деформированного состояния железобетонных балок с пролетом среза a/h₀=1,5

В статье приведены численные исследования работы железобетонных балок. Авторами произведен расчет балок с пролетом среза a/h₀ =1,5 по программе «ЛИРА».

Выявлены отличительные особенности коротких балок с пролетом среза 1,5 от обычных (a/h₀≥3) по характеру распределения нормальных, касательных и главных напряжений. Построены линии максимальных, равных и нулевых напряжений, выявлены зоны концентрации главных напряжений (рис. 1).

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

Анализируя изменения характера распределения нормальных напряжений s_x в балках с пролетом среза 0,5 и 1,5 (рис.1), следует отметить изменение положения нулевой линии. В балках с пролетом среза 0,5 существует три нулевых линии, при этом основная нулевая линия проходит примерно в средней части балки и имеет ниспадающий характер. В балках с a/h₀=1,5, так же несколько нулевых линий, основная нулевая линия также располагается в средней части балки, но носит дугообразный характер. Наличие нескольких нулевых линий говорит о том, что характер распределения нормальных напряжений s_x в значительной степени отличается от обычных балок. Анализируя характер распределения линий равных напряжений s_x, можно наглядно убедиться в концентрации растягивающих напряжений на уровне растянутой арматуры и в равномерном снижении сжимающих напряжений s_x в направлении линии, соединяющей центры приложения нагрузок.

Отличительной особенностью в расположении максимальных сжимающих напряжений s_x в балках a/h₀=0,5 и с a/h₀=1,5 является изменение траектории линии максимальных сжимающих напряжений s_x max. В балках с a/h₀=0,5 линия s_x max является наклонной и снижение траектории s_x max. происходит при удалении от линии действия силы. В балках с a/h₀=1,5 линия сжимающих напряжений становится более пологой и почти параллельной верхней грани. В целом, принципиальных различий в распределении s_x в балках с a/h₀=0,5 и с a/h₀=1,5 нет.

Анализ характера распределений нормальных напряжений s_y в балках с a/h₀=0,5 и с a/h₀=1,5 показал, что распределение этих напряжений s_y с увеличением a/h₀ изменяется. Одинаковым является концентрация максимальных напряжений в зоне действия нагрузок. Однако в балках с a/h₀=0,5 линии максимальных напряжений являются непрерывными и носят дугообразный характер. В балках с a/h₀=1,5 линии максимальных напряжений разрываются в средней части балки. По линиям равных напряжений s_y можно судить о размерах зон местного действия нагрузок, а так же о взаимном влиянии этих зон. В балках с a/h₀=0,5 зоны местного действия нагрузок сливаются, уровень линий одинаковых напряжений высок. В балках с a/h₀=1,5 зоны местных действий усилий удаляются по мере увеличения a/h₀. При этом снижается взаимное влияние этих зон и линий максимальных напряжений разрываются.

Анализ характера расположения касательных напряжений t_xy в балках с a/h₀=0,5 и с a/h₀=1,5 показал, что максимальные значения этих напряжений располагаются в пролете среза. С увеличением a/h₀ изменяется характер распределения напряжений t_xy в средней части пролета. Линии максимальных напряжений, проведенные в верхней и нижней части балки по сути являются траекториями прогнозируемых трещин в бетоне. Особенностью в характере распределения t_xy max, в балках с a/h₀ является появление в средней части балки еще одной линии t_xy max. Анализ характера главных сжимающих и главных растягивающих напряжений показал, что главные сжимающие напряжения концентрируются между верхней гранью опоры, между осями действия внешней и реактивной нагрузки. Степень концентрации различна в балках с a/h₀=0,5 и с a/h₀=1,5. Траектории главных сжимающих напряжений с увеличением a/h₀ имеют меньший угол наклона и степень концентрации различна. При этом ширина наклонного участка, в пределах которого концентрируются линии главных деформаций (напряжений), уменьшается при увеличении a/h₀.

Главные растягивающие напряжения концентрируются у нижней грани балки, при этом траектория максимальных растягивающих напряжений отклоняется вглубь балки в зоне действия реактивных сил.