автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Прочность и деформации железобетонных балок при малоцикловых нагрузках

о

ВСЕРОССИЙСКИ ЗАОЧНЫЙ ИНСТИТУТ ИНЯЕгЕРОВ "

некзтсдорошого транспорта

Ка прапах рукописи

ш'ляь а1бас ассаф абд-едь рахмай

УДК 624.012.45:624.045.7

прочность и деформации железобетонных балок при маловдюювых нагрузках

Специальность 05.23.01 - Строительные конструкции, здания и сооружения

А в т о'р е ф е р а т

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1994

Работа исполнена на каждое "Аэропорты и конструкции" Московского ордена Трудового Красного Знамен к аЕтомойгяьно-дорожного института (Технический университет)

Научный ругсовздитель - доктор технически:: ксук, про-р-зсоор

IionoE Г.И.

Научный консультант - ведущий с^труриит: НИ1ШБ, кандидат

технических нг.ух, Папу В.iL Официальные олпонент-ы - доктор технических к&ук, профессор

Хромац D.H. - кандидат техга^зетих наук, старой? В&учный сотрудник BsKGöpQE K.K. Звдутцая оргааиькия - ГШ л Ш1ГА'Аэропроект

Х994 г. б /З^ча

оедцята состоится 12 f 1УУ4 г- б /J? час

е ауд. У' ^Т'/" на заседании спецд:ап1зировгнного совета ^ при Всероссийском заочном институте инженеров хслезнедороякого транспорта

Адрес: 125808, Москва FCH-47, ул. Часовая 22/2 >

С диссертацией «мзшо ознакомиться в библиотека института.

laTope-iepaT разослан "Ff" ^22

IS94 г.-

УченьгЛ секретарь социализированного совета . J^fi /?

кандидат технически?- каук / Б.2. Земцев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ. Б последние 'десятилетия отмечаются сггредзлэпниэ ::?мепзЕИ." в те ктоккческс? обстановке олзаневсстсчного региона. Это связано со стрскдзлъством крупных зодозсранилэд ¡валртазр, Асуанское), значительны.; уводгачениеу объзтаз нефгеразррботок и друга® влияниями деятельности человека на экологическую обстановку. Кр™.к» того, ряд стран Бшгчевго Востока подвержен сог.тлетрясонлш - это такие страны, как Алжир, Ирак, Пзквн, некоторые районн Егаьта (поберзкье Красного кора, Асуан, Эль-Файш) и другие.

Все это приводит к необходимости проведения исследований конструкций зданий и сооружений, при динамических, в тон числе повторяются (типа сейсмз-.?еских) воздействиях.

В этом отношении больную роль кграета?учбние опыта сейсмостойкого строительства в Россшш страна! СНГ, а ?акжэ даяшх исслэдованяй в этой области.

На даннок аташ изучения этой проблемы встгпт вопросы, связанные с учетом геупругой работы и характера поведения конструкций в прэдальном состоянии.

Однако, недостаточность экспериментальных данных о деформирования изгибаемых элекэнтов при квикогократно повторном динамическом нагругзнии в малоцикловой области не позволяет совершенствовать расчетные модели для оценки сопротивляемости железобетонных конструкций такого рода воздействиям.

ЦЕЛЫ) ДИССЕРТАЦИОННОЙ . РАБОТЫ является:

проведение экспериментально-теоретических исследований несущей способности и дефэрнативности изгибаемых зга лззобо тонных ¿лвмевтов при воздействии кемвогократно повторных шггонсивннх динамических нагрузок.

В работе поставлены следуицие задачи:

- получить экспериментальные данные о прочности и деформациях железобетонных балок в предельном состоянии при позторных динамических воздействиях на высоких уровнях загружены;

установить характер деформирования и выявить особенности воведешя бетона и арматуры в нормальном свченка балок в процессе ыалоциклового нагруяения;

- разработать драдлонекия по расчету несущей способности и дефср/.ацил конструкций, исшштащих воздействия динамических нагрузок в малоцжловой области ' (типа сейсмических).

НАУЧНУЮ НОВИЗНУ РАБОТЫ составляют:

- экспериментальные данные о малоцикловой динамической прочности и дефорыатиБКОсти исюдши материалов для Хблззо0этс1£ан1 конструкцЕЯ массового примеяэния: (ойдсговоннсго тяаэлого бетоаэ средней ярочвоста и арматуры с физическим пределом текучести) при высоких уровню: негруженяя;

- экспериментальные данные о несущей способности и деформатиБНОстк хэлвзобетонннх балок лр;г малоцикловнх динамически: кагружонияз: высокого уровня;

. - предпосылки и катода определения несущей способности к деформаций язгвбэыш яэлезобетогпшх элементов с учетом фактических, характеристик бетона и арматуры при нешогократно повторном дянаэчэскоь: Еагрухэнии высокой интенсивности.

КА ЗА2ЩУ ВЫНОСЯТСЯ:

- шхяучешаэ закономерности деформирования бетона, арматуры 2 хелазобэтонных элементов при немногократно повторном динамическом яагрукзки;

- результата аксперкмаигальвых данных по несущей способности я деформированию железобетонных балок в области малоциклового динамического кагруазния;

метод оценки несущей способности изгибаемых келезобетонних. элементов со нормальному сечении при воздействии зэмногократно повторяющихся интенсивных динамических нагрузок;

- методика определения прогибов одаопролетных балок с учетом существенно на упругих деформаций, проявляющихся при воздействии динамических нагрузок в малоцикловой области.

В провесе исследований отработана методика проведения малоцикловнх испытаний в соответствии с рекомендациям! по определении сейсмопрочностя материалов и . конструкций, принятыми в мировой практике исследований в указанной области.

Достоверность результатов обеспечивалась метрологическим обэспэченкэм проведения экспор'лмента к мэтодали анализе математической статистики по действущим стандартам, а также сравнением рээультагов, яолучэнннх роста там, с результатами исследований хелезобетонншс балок, кспнташлк для сопоставления при трех видах воздействий: статическом, одакргташ динаагсесжом. и кемкогокрасто повторном ди-тшчэском, нагрухеЕсж.

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ РАБОТЫ. Результата провздэншх эксшрадаЕтально-чеореастбских исслвдозанзй позволяй более обоскозеЕЗо веста проектарезааие гзлезоботозвых хонирухц)*! яг гчк:." ит зогде^огкгй, с утгэто:.: фаххгвдгжгг гарзктарпемз; исходных мгмр^глс-, соответствующих роальным услзвиям .чх нсгру-гангд в прецгеос эксплуатации.

ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертация состоит из введения, четырех глав, обя^а выводов, списка литература и дршясеннл. Общгй оо'ъем работе - ICS страниц, в ton числа 124 страниц кзшЕношсвого текста, 44 рисунка, 21 таблица, бгбжогрздш 121 нгишвноваяий ( 14 страниц).

Рассмачривгекал диссертация заполнена в Московском автомобилько-доретгом институте на кафэдрз "Аэропорты и конструкции" под руководством доктора технических неук, профессора Г.И.ПоЕова, научный консультант зеддущий научный

сотрудник ЮШЕ, кандидат технических наук В.Я.Пану.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В работе приведен обзор по исследованиям сопрошсалкемости гэлезобэтонных конструкций и составляющих неходннх катаригдов воздействию неиаогократьо повторяпцахся динемпэских нагрузок пр.тмэяктг>льно к садччач проектировали сейсмостойких гдгнкЭ я ссоругензй, воспринилагптп. ызлоцюсловые сягрухэкая диьаг-^г.оского гарзктерэ.

3 пракл'ткс оценки сейскоцроадоста материалов и констругассй используется мэтодака динамических кекканий не чкзойглеские воздействия с частотой, близкой к частоте колебаний яелеаодетонннх конструкций, ислнгэтзаелса со^ругэнием

при наиболее распространенных видах землятрясений, в пределах 0,5-10 Гц. ■

Для ргшния этих задач наиболее ваяна ооласть ыалоциклового динамического нагрухения, ограниченная число:,: нагружений не более 100-1000 циклов, так как продолжительность интенсивных юлеОаний ери реальных сейсмичеетшх воздействиях находится в этих пределах.

Однако, в связи с отсутствию достаточного количества опытных данвзх в области малого числа циклов динамического пагрухения обычно принимается Бкстраполяшгя тех шш иных эмпирических зависимостей, полученных при других опытах, часто не отвечающих реальным условиям эксплуатации.. В связи с этим, метода расчета на сейсмические нагрузки, принятые в большинстве «эйствупцих в мировой пракише нормах, являются достаточно. условными к предполагают определение усилий при статическом жзшзалзнте диналячесхой нагрузка.

- Кроме «го, проблема сейсмостойкости конструкций требует дакьяэйшай разработки расчетных моделей, позволяющих также оцзшвать сюсобность элементов к эффективному наупругому дзформировашю и рассеянии энергии при колебаниях. Учет этих факторов щш проэхтЕрозазии может привести к снижгнию расхода материалов, <5олее равномерному распредзленив повреждений и уменьшению ж степени.

СоврелэнЕый уровень знаний о работе железобетонных конструкций, в тон числе, при динамических воздействиях, позволяет щвдаолоакть достаточно шеокув пластичность их дефоршровкая. Вместе с там, основное внимание в исследованиях по данной проблеме уделялось вопроса:,", прочности.

На начальных этапах работ в основном проводились исследованья составляхщих материалов железобетонных конструкций: бетона и арматуры.

НаЕоильшй вклад в изучение этой проблемы был сделан А.А.Гвоздаам.и К. Л.Корчинс1ЯМ.

Тем го иэнео, несмотря на многочисленные исследования, к настоящему времени вопросы малоцихловой прочности и деформтявЕйста Оетона привисоких уровнях нагруксния лвляатся недостаточгз изученными. Это объясняется сложности) к трудоемкостью при постановке эксперимента, 8 такие отсутствием со-зременаого гксокопрэцизионного испытательного оборудования,

поз велящего вести испытания в строгом рейте циклического нагруу-шия к на высоких уровнях динамической нагрузки.

Вопросам изучения динамической прочности арматурной стали и сварных соединений посвящен ряд исследований» проведенных в послэдвиэ годы во ВНШхелезобетоне, ЮЙЙ, НКЖБе, ЦЖСНе л р.тдо других организаций. Однако, эта исследования проводились е основном при многократно повторявшихся, либо однократных динамических нагрузках. Изучении свойств стали при кзлоцикловых нагрг~ензшх высокого уровня посвящено значительно ь'.еаьшэе количество рзбот. В основном эта .работы В.В.Еыченкова А.П.Васильова, проводимые в начале 60-х годов в ЕМКБе, по изучении сейскопрочцости арматуры и ее сварннх соединений.

Ряд работ был посвящен изучению циклических диаграмм деформирования бетона при повторном нагруяевии. .Одзако, эти дазгракмы были получеш в основном для кесткого ротша нагругения по деформациям. Тогда как, методикамалоцикловых динамических испн-ханий на сейсмопрсчность предусматривает, как правило, режим по силе.

Ранее вкполнэннне исследования хел&зобатоншгх элементов при повторно-стаигчбском кодаскратком динамическом нагрузгений высокой интенсивности позволили доеольно полно обосновать необходимость расчета таких конструкций по предельному состоянии с учетом упругоояастического дефэрмироввная бетона и арматуры. Среди этих .работ следует отметить исследования, выполненные при участии и под руководством В.Н.Вайкова, Б.У.Баженова, И.К.Белоброва, В.М.Роядаренко, А.А.Гвоздева, Г.А.ГаниеваД.Б.ГалшеЕа, П.П.Тда, С-А-феттршта,

A.С.Залесова, А.П.Кириллова, С.М.Крылова, Л.Р.Наиляна, С.А.Мадатяпр, Д.А.Курашко, И.З.Швотарского.С.Б.Палякова, Г. И. Попово, Н.Н.Попова, Б.С.Расторгуева, В.А.Рагманова,

B.Л.Розсвскою, Г'.Н.Сгаэрова, 2.А.Чистякова к др.

Однако, исследований при интенсивном калоцикловом дднгшпческок нагружзшш шполяено значите льномехп ж. Кроке то го, эет после ¿рзатл ез затрагивает области ^ааощяло'юго динамического ввгругзйпя вкпе уровня 0,85, з такав не рассматривают поведение конструкций при дкнакическсч характера иоьпупсго Еагружения с точки зрения оцэнки влияния гоздейстЕэй типа сейсмических.

Тахик образом, несмотря на имеялизег данное исследОЕКЕКЙ в атсЯ области, для оценки сопротивляемости

железобетонных конструкций при малоцикловом дин&ьяческом нагружзнни требуется провести экспериментально-теоретическио исследования и разработать более совершенные расчетные гадали, позволяющие учзтквагь существенно неупругне свойства материалов гакге проявлявдяеся прн динамическом характере повторных нагрузок высокой иатенсззности.

Для веявленяя особенностей поведения железобетонных конструкций при малоцикловом динажиесхом нагруквнпж была проведена экспериментальные исследования одяопролегаи балок, арлярованвах сталями с физическим пределом текучести.

Прогршюй работ предусматривалось проведение прямых натурных исшташй балок прн грех видах воздействий: крэтковретйНБЛМ стадиаскоы, однократном динамическом и неыногократво повторном (ыалоциклсзом) дашамическогд нагрузениях.

В качества опытных образцов были принята белки прямоугольного сеченая размером 10x16 см s длиной 120 см из обычного Сезона.

Расчетный пролег для балок всех сорнЗ составил 105 сы. Продольная рчбочач ерлатура из стали класса А-И марки 25Г2С диаметром 20 мм, рекомвндуеыоЗдля специального и сейсмостойкого строительства. Поперечное аркзгрованнвбалок выполнено в бйдо загдшутнх хомутов кз арматурной проволоки класса B-I дигыезроы ß ш с шагом ICD

Нагрузка прзоадавзлась в 1/2 пролета двумя сосрадоточаЕшаи силами. В зона "частого изгиба" поперечная арматура и вгргнес армарозашз отсутствовали.

Банки <ши запроектированы с таким расчетом, чтобы с одной сторона нсюанать разрушение по наклонному сечению и с другой стороны максюАальао использовать пластичвеккз свойства бетона сжатей зоны и продольной арматура до полного исчерпания несущей сшзобаосзв по нормальному сеченив. Процент атэлфовгяая да всех балок был одинаковым н составлял 4,65.

Опытшз нелезобетонше балка быля запроектированы та бетона класса В20 одного состава: портландцемент

о

Воскрасзнского завода марки 400 - 2SS кг/ь , гранитный щебень ыесторовдеяня Пкгкерант фракции 5-10 км - 103? кг/м3, песок Акадомкческого карьера модулем крупности 2,&3 - -340 кг/ы"3, В/ц=0,70. Бсяки изготавливались по литьевой технологии, подвижность бетонной cwocji по осадке стандартного конуса была

принята равной 4-5 см.

Одновременно с балками были заформирозаны контрольные кубы и призмы размером 10x10x40 см. Твердение образцов осуществлялось в нормальных условиях.

До кокэвта проведения испытаний на боковые к верхние грани были ваглоены тензорезисторы базой 50 мм, равномерно по всей высоте сечения, предназначенные для измерения деформаций бетона в нормальном сечении балок в зоне "чистого изгиба".

Кратковременное статическое нагрухение опнтннх образцов осуществлялось поэтапно с издержкой не более 3-5 минут для снятия отсчета показаний тешсрэзисторов и прогибомзров.

Однократное динамическое кагруяенае с монотонном возрастанием в режиме но сило осуществлялось с постоянной скорость», соответствующей режиму малоцикловых испытаний с частотой приложения нагрузки 2 Гц (время однократного динамического нагрухенил до разрушения и 0,25 сак).

Немногократно повторное динамическое нагру*ение с частотой 2 Гц проводилось при постоянном значении заданного усилия и коайицзазнте асимметрии цикла р=0,05. Шсстальвов усилие цикла задавалось в долях от средней статической прочности контрольных балок I сзрии.

Во время проведения всех испытаний проводки измерения деформаций арматуры, бетона и прогибов с записью информации на осциллограмму с последующей расшифровкой показаний по общепринятой методике для динамических испытзнй, подробно изложенной в диссертационной работе.

Испытания исходных материалов бетона я арматуры проводились как по стандартной методике, так и ш методикам, принятым для соответствующих режимов натружекия зкспериментальннх балок, а именно: при статическом, однократном динамическом и Еемногокраото повторном циклическом нагрухешях в соответствии с Реюшадацияш но катодам данЕМЕлесках истинней бетона 2 • арматура института БЖИвалезоСетон.

Особенности угвзвшого рзккмз нагрусенк* зшсдшается в необходимости яспосьзсвггтм сноцк°-илого алекгросервогидрав-лического испытательного оборудезеаю, способного пздцерилвэть задаавое усилие (дзфор-'зци») с первого до последнего цикла. К указанному классу 'шеокоцрешзиошшх испытатзяьных , машин относится, в основном, импортное оборудование фир/. "Шзак",

"МТС", Инстров и др.

Поэтому, экспериментальная часть исследований проводилась в Отраслевой проблемной лаборатории института ВШЪкелвзобзтоа на оборудовании марки "ЫТС-819" (США).

Расчагао-эксперЕкентальная оценка жесткости опытных образцов показала, что при частота 2 Гц к соотватствулцей скорости динамического нагружения заданный разим по .силе может быть обеспечен данной испытательной системой вплоть до полного разрумегоя.

Данная кетодрка использовалась танке при определении прочностных 2£крактеристж материалов: бетона и арматур/ при малоцикловых испытаниях.

При щшаданяи статических и динаютесюз: исштаний бетона опродалялись следующие характера:- * ки: прхзмезяая прочность Rg, начальный г#дуль упругости Eg, предельная

деформация бетона при центральной czavm ев, коэффициент полноты этвра напрягеяий, а такхэ полная диаграмма "о-е" для всех видов воздействий. Кубиковая прочность испытанного бетона Kgg составила 21,1 мПа, что соответствует классу В-20.

Получанше характеристики тякэлаго бетона класса B2Q по результатам хштрольннх испытаний призм на центральное сжатие бита еле душами: пра кратковременном статической кагругенкк

Rg=I6,4 Ша, при однократном динамическом в^ д=21,2 МПа, при малощкловоы вд=17,1 ЫПа. 1рис.2 )

Основные прочностные и деформативяне характеристики рабочей арматуры показаны на полной диаграмме растяжения я0а-£8", по результатам контрольных испытаний (рис.1).

Статические испытания балок кратковременной поэтапно возрастающей нагрузкой и динамические испытания проводили по общей схеме нагругания и на одной и той же испытательной системе.

По результатам испытаний опытных балок были построены графики измевзния деформаций и прогибов, а также зависимость в координатах "комент-кртнЕзна".

Обобщенные графики изменения деформаций бетона и арматуры в норшльном сеченая для балок, испытанию: мапоцикловой нагрузкой, прздетгавлеш на рис. 3 и 4.

Рнзштаз деформаций в балках, испытанных при однократнсы.так лнзшохХ)ьратноповторноэдинажческо:.! натру-

-го-

нении (ск.рас. 3,4) было идентичным ^поведению балок при кратковременном статическом нагружснии. Отличие наблюдалось лишь в значениях предельных разрушающих усилия и соответствухдах ш деформаций. Характер разрушения и дефзрмировягля опнтньа балок в пределыюй стадии нагрухенш: для всех заданных режимов был практически одинаков.

Для баизк, испытанных гфи намногократно позторном как и при однокраком динамическом нагружении, оснопное отличие состояло з значительном увеличении предельных деформаций на крайней спаяй фибре в мо&зпт, предаествугщий разрушению и, как следствие этого, Ебкотороаувеличение относительной высоты сжатой зсш бэтона. Это объясняется поеншонной деформативноиью Сетош! при аналогичных малоцигшжыхЕСшганиях призм на цевзральное сжатие. Максимальные значения прэдельннх деформаций батона на крайней сжатой фибре балок при повторном динамическом нагрукашг в целом оказались на 10-15% шшз, чем при статически*. Отмечалось, тажке некоторое запаздывание проявления тысучеетя рабочей арматуры, которое происходило на заключительасЗ стадии нагрухения.

Процесс накопления повреждений в балках при нэшогократво повторном динамическом нагругании имел как бы три стадии. Первая - интенсивный рост деформаций бетона и арматуры шг первых пяти циклах натрухения; вторая -практически стабильный участок накопления деформаций в течение определенного числа циклов, характеризуемый длительность» времени его продолжения в зависимости от уровня воздействия. При этом, ¿^формации продолжаютмонотоняо возрастатьдосвоего критического значения, близкого к предельному. И, наконец, на последней стадии наблюдается вновь интенсивный рост, харахтеризуишй значительны* увеличением петли гистерезиса, но при этом разрушение прлобретаэт пеобратиша характер. При этом, в зависимости от уровня нагрукешя (или задаваемого числа цикаав до разрушения), наступление критического состояния б элементе происходит после 20-802 обдаго времени воздействия (количества циклов нагрузения) на образец. Таким образом, есга установить оксперашентальныи или расчетным путем некоторый ограниченный предел прочности при повторном действии нагрузки, например дщ заданной базы Кб = 100 щклов, можно с достаточной надегностьп определить уровень циклического воздействий, при котором несущая способность будет обеспечена.

О £Э т ¿3 го * гэ 120 МЗ .« 1« КО 609 «СО 2ССЗ 2Мв

Рис. 3 Гр*фМ« р'ъЭДОТМ Д*фСфМ*',>>Я м» г?«ми 6«тъ*и. сжатем

»гм е ростом хоятнгсп* цххдел.

Развитие деформаций в бетоне сжатой зоны и в растянутой арматуре оказывает непосредственное влияние на изменение кривизны опытных балок в процессе малощяслового Еагругзния. Точка начала критического состояния в батоне ста той зоны, при которой начинается заключительный этап интенсивного роста нелинейных деформаций, соответствует точке перелома на графиках изменения кривизны и прогибов, так как сопровоздается развитием значительных упругопластических деформаций в этот момеЕТ вэ только в бетоне, но в растянутой арматуре.

Максимальные значения прогибов опытных балок при испытании малоцшсловой нагрузкой (см.рис. 5 ) свидетельсгзугт, что предельная вэличина их находится ва том не уровне, что и при однократном динамической нагружэнии, т.в.на 8-13% выше, чем прих кратковременном статическом. Это объясняется повышенной деформативностьв бетона, проявлящейся при динамическом характере повторяющей нагрузки, а таете в некоторой степени ее повторным действием.

Рис. .5 Экспериментальная зависимость "максимальная циклическая нагрузка-прогиб", по результатам испытаний опытной балки 6мц-1 при Г) =1,06

В целом характер деформирования балок при немногократно повторном динамическом нагруяении, как и при однохрэтнэм является, упругопластачэским и подчиняется обаему закону деформирования изгибаемых железобетонных элементов.

• В процессе малоциклового нагрухоная конструкция проходит все стадии напряженно дефэрглфовзьасго состояния, включая предельное. На характерном графзке изменения прогибов н процесса налоциклового дпзагшчвского нагрузитш, максимальный рост прогибов пабладаетпя па первых пяти циклах. Затем трафзк дефори"ровашя для каздого отдельного цикла нагругения становится практически прямым. При этси потна и остяточныэ дефэрмацид продолжают увеличиваться от цикла к циклу с некоторой постоянной скоростью, довольно стабильно. Угол наклона графиков на этом участке ¡-oseo считать соответствующим некоторому условно упругому модулю деформаций, используемому для определения жесткости балок в преде льнем состоянии. После достижения полных деформаций предельных (критических) значений, процесс разрушения приобретает необратимый характер.

На наш взгляд, определящим фактором рассматриваемого процесса достикэния предельного состояния в элементе, связанного с числом циклов нвгрухешзя, является фактор времени продолжительности повторного нагрухзния. Поскольку процесс немногократно повторного динамического нагрунешя в малоцикловой области протекает а пределах 100 сак (примерно 100-200 циклов при частоте 2 Гц), указанный интервал времени находится ближе к кратковременному статическому воздействию при монотонном нагрузюнии. Отсюда несущая способность (прочность) конструкции (члемонта, материала) при малоцикловом динамическом нагругании близка к статической, а динамический характер нагрухения проявляется в несколько большем значении предельных деформаций, как при однократном динамическом нагругании той интенсивности, что и при повторном.

Излученные результата свидетельствуют о наличии для железобетонных изгибаемых элементов, подвергнутых всем видам воздействий типа сейсмических, стабильно получаемой диаграммы типа Працдтля, сочетающей нодеградирухщуз несущую способность вплоть до разрушения с большим рассеянием гнерхии. Степень поглощения энергии для железобетонных элементов будет очевидно тем большо, чем выше пластические свойства исходных материалов конструкции.

Основные результата испытаний экспериментальных балок при кратковременном статическом, однократном и немногократно повторном динамическом нагружениях показала

что среднее статической прочности составило 5^=14,88 кНм.

Коэффициент данамическогощэочненню для балок, испытанных при

иод

однократном дан мимическом вагруженш t) = -— .оказался равным

Нио

1,22.

Полученное значение практически совпадает с величиной коэйициеята условия работы т^, которой используется при расчете железобетонных конструкций на сейсмические воздействия согласно действующих норм проектирования.

В го же время уровень предельной нагрузки при малоцикловом динамическом нагрухешш, соответствуицем базовому числу циклов N6=IOO, не превышает величины для средней статической прочности балок и составляет значение близкое ipl. Полученные данные сви- детельствуют о существенной переоценке несущей способности таких конструкций по существующим нормам проектирования.

Для нахождения статистически обоснованного значения уровня малоцккловой прочности железобетонных элементов использовалась методика статистической обработки результатов динамических испытаний с построением линии регрессии в полулогарифмических координатах по методу прямолинейной корреляции. --

Анализ усилий и деформаций в изгибапцем элементе в предельной стадии его работы при немногократно повторном динамическом нагруженаи показывает, что максимальныенапрягения в бетоне сжатой соны соответствует значениям его динамической прочности ери центральном сжатии для того же уровня и

ре- жима нагрукений. При этом, реформации и соответствующие им няпрянения в арматуре связаны с распределением деформаций в бетоне по высоте соченля в соотзэтствзи с гзкокок плоских сечсний. Харскгер напряженно деформированного состояния в образцах при немногократно повторных воздействиях Tima сейсмических соответствует расчег^ой . модели по оценке предальниг состояний газлезобетонных элементов с учетом фактических свойств исходах материалов как и при-однократном динамическом яагрузгашш.

Отсюда, используя методику расчета гелезобетонных

конструкций, принятую в действуя®и: нордах проектирования для объектов гракданскоЯ обороны и специального строительства, были разработаны практичгские предложения применительно к оценке не судей способности элементов при нешогократяо иовторноя динамическом нагругении с учетом фактических характеристик исходных материалов при такого рода воздействиях. Для ..этого были использованы полученные экспериментальные данные по прочЕостным з дефэрматиЕНЫМ характеристикам бетона к арматуры, волучэЕнш при калоцикловсм дша'шчеснсм взгругелиа, в то:.: числе с уча том обобщения данных ршзе проведанных иссладозашй з этой области.

На основании Енполненного анализа была получена зависимость дляопродэлэния коэффициента условия работы бетона при немногократао повторись динамическом нагругенш!, прэдстевлвЕЕая в виде временной Функция

1т = 1,25 - О.Н5 . (I)

где t - зремя продолжительности действия немзогократно повторят,айся нагрузки для рассматриваемой об ластит дяеездгшской прочности бетона, сек. Задагая частоту данашческого нагружеяня и требуемое число циклов (базу) до рсзрукения доеольего лето определить продолжительность времени воздействия.

В сдував, эсля частота динамического воздайстпиа находится в пределах наиболее распространэнной области динамического нагрузится в диапазоне ог I до 10 Гц, указанная зпеисилость макет бы-1'ь предстивлаяа в виде

= 1,28 - 0,15 М, (2)

где N - требуемое чзсло щжлов до разрушения, цикл.

Расчетное динамическое сопротазланиа батона при немногократно поггорно?.! кагругенпл в малсцинловой области принимается раввин величине призкенной прочности бетона ^ унокенной на коэффициент условия работа, опредэяяб.уый по формуле (I) или (2), т.е. 7ВД-V

Расчетное динамическое сопротивление арматурной с.'.:ли растяжении при нешсгократно повторящемся нагружении Н8 Ь!Ц в малоцикловой областа принимается равным расчетному

сопротивлении, принятому в действующих нормах для расчета конструкций на действие кратковременных статических нагрузок.

Расчетное динамическое сопротивление арматурной стали скатив ЯДи (щ принюхается равным 450 мПа, как при расчете конструкций' на однократные динамические воздействия еысог.ой интенсивности.

Расчет сечений, нормальных к продольной осг. элемента производится в зависимости от - принятого предельного состояния и соотношения между расчетной величиной относитольеой высотаскатой зоны бетона определяемой из соответствующего условия равновесия.

Если напряжения в растянутой арматуре не достигают предела текучести относительная высота сжатой зоны бетона ^ определяется по формуле

/кв1и1мц * Ав , Евикц * Ав * Чщ квимц * Ав

вд" /1 - 1 - Чей ^ 1 -

2 Кв>г, ЬЬ. 2 Н™,, ЬЬ„

1,1 0 1,1

1.1

,ЫЦ " "о " "вмц ""о

где С^т, - расчетное значение относительной высота саатой зоны мд у >

бетона;

ч сз^, - характэристика сшзтой зоны бетона, определяемая из выражения

Чщ = 0.85 - 0,008 Ез 7ыц (4)

¿в - площадь сечения арматуры;

Ь,Ь0 - параметры сечэшш бетоЕп.

Сравяенго результатов расчета по предлагаемой методике с экспериментальными данными опытных балок, испытанных излоцшсловэй нагрузкой, свидетельствуют о достаточно над-заной зх оценке по несущей способности с учетом фактических динамических характеристик бетона к арматуры при воздействии намногократно повторных нагрузок.

№.г. пяр?.йрмировян7тнх йялок при . недоиспользовании ирочнэсчвых свойств растянутой арматура и прг растете по

д¿формациям используется диаграммный подход с учетом изменения

высоты снатой зонн по длине элемента согласно методике расчета Г.И.Попова.

Зависсгасгь некду напряжениями и дефэодзцкями бетона в сжатой зоне адрохсимяруг^ся кусочно-лннейЕой диаграммой с нисходящей вэтвь».

Относительная высота саатой зоен ? определяется по формуле

(б)

2С1

где

Ев ^ 1 бв 1 V1 V1

<х„=

Ц.; С1= 1-

8 «В* " ' 2 2 \ бО-'

о0, б0> - параметры полной диаграммы деформирования

Оетона при центральном снатта; Продольной язгибзгщий тмвит подсчитывается по формуле

* 1 СР 1 е0

и = Яв ь \i.W-oM)---- (1-?-!--

■ \ 3 *ь

1 <\"1>2 1 V1

---(1--? - )] (7)

2 <Уво-1> 3

Двияепиэ изгибаемого элемента под действием малоцвялозой

динамической нагрузки по аналогии с монотонным нагрухониэм

могет бнть огнсено уравнением вида 4 4

Рк тг" + т = н (х,*} = Р«гЭ1п ^ (8)

изс ах

решение которого приводят к общепринятому выражению для

изогнутой оси балки, как при монотонном нагружении.

Для определения прогибов келеьобегснннх балок,

подвергнутых воздзйствгаэ мглоцякловсй дана«ячсгхой нагрузки

била разработанна методика расчета кривизны балок при

разрушнзт для Ш стадии предельного состояния с учетом поримзсноЗ аэстксети ио длиш "пролета. Формула для определения

криЕвзаы балок в Ш стадии напряженного состояния запишется в виде

1 = ^разр Рцх ^азр

(9)

Жесткость сечэний разруиащегося учкаскгз нокзт быть определена в зависимости от высоты сжатой зона"Хра^.0

Вразр = (1 " ^разр) ь «V" ц0)

где к - коэффициент пластичности, пршслеектЁ ргвшм 0.7С, ^в мц ~ Условно упругий модуль, ссотввтск;уи(йг ссггчцслу моду ив полных деформаций бетона. Полный прогиб балки сжладогется из прогаба двух сриопорных участков и среднего

7разр = упред1 + упрел2 ^^

где Уцредг ~ составляющая предельного прогиба, образованная изгибом только приопоршт: учаоков, определяемая из расчета упругой хесгкссти Ву^; упрвд2 ~ °°ставлящая прогиба, образованная изгибом среднего участка, определяемая из расчета , условно упругой кесткости Воа3р, согласно выражению (15).

Окончательно вкрэзенке для полного нрогиба у = у1 + у2 при двух сосредоточенных силах, приложенных в 1/3 пролета, запишется в виде

урззр = ^а33 Рразр 13/вулр + °'2 (12)

* О

гдз - предельная дефотаацкя укорочения бэтопа саатс£ зош.

Сравнение рззультатов расчета по предлагаемой методике с экспериментальны!:*! данными (см.табд.1 свидетельствует о достаточно надежной оценке прогибов изгибаемых ^лезооетоннш.

элементов при малоиИклоБск дгза'окческоы .кагрукания. Таким образом, лредлагэ&мгя методика мозот быть рекомендована для практического ¡гоиэдеэгмя при проектировании.

Таблица 1

Результате теоретической оценки прогиба опытных балок

Вид нагружекия шифр серии балок Средние ошгтныа значения Расчетные значения

Предельный изгибающий момент Жесткости балок в Ш стадии ПрОГдОЫ балок Р1* ^преД^'^здУ^р 81г упред~упрод1! рсИ

роп У1'

кНм кН-см2 мм мм ММ мм -

Кратковременное статическое 14,88 Б77Э81 7,3 1,4 5,2 6,6 0,(37 Бкс Однократно динамическое 18,77 573422 9,7 1,8 5,4 7.2 0,74 Вод Малоцикловое А динамическое ' 15,22 283500 10.5 3,35 5,7 Э,С5 0,8в Бмц N = 100

* «аоткооть балок после Б п&рвцх щсигов

ОБЩИЕ выводе

1. Метода оцанш малоцякловой прочности железобетонных конструкций при интенсивных динамических нагрузках типа сейсмических трэОуют дальнейшего соверпэнствоватпя с учетом неупругой работы бетона и арматуры в стада близкой к разрушению.

2. Накногокретпо повторное дшамическоэ нагруяэнге оказывает существенное влияние на прочностные и дефзрматЕзнне характеристики ботова и арматуры.

Значение малоцекловой прочности батона класса Б20 на бчза IOO циклоч при когффпдаочтз есимметрии цикла кагрухэшй р = 0,05 находится на '.ровне 1,04 Rg, з предельная деформации сжатия соответствует предельной охимэзмости бетона при однократном динамическом нагрукении той же интенсивности.

Уровень -тоцикяовой прочности .арматуры. на базо 100 циклов составляет т) = 0,93 от сроднэго значения временного сопротивления при разрыва и значительно превышает фгаический предел текучести стали. Дэформагнвность арматурной стали при немногскратлэ повторном данашческом нагружзнии не спишется и Д8зе несколько провыдает статическую.

3. Характер деформирования балок при мзлоцнкловом динамическом пагрукэнии является угругопластическим и подчиняется обдь;^ закону дефермзровэкия изгибаемых хала зобе тояшх влемэнгов. При этом от цикла к цяклу вплоть до разрушения сохраняется недоградаруодая нвсущгя способность с большим рассеянием энергии, как и при однократном динамическом воздействии высокой интенсивности.

4. Распределение усилий и деформаций в бетона и арматуре в нормальном сечении балок при немногократно повторном динамическом нагру^зпзи свидетельствует о возможности использования расчетных моделей, принятых для оценки железобетонных конструкций по предельным состояниям.

5. Изменение деформаций в балках -при малоцислоБом нагруаении приводит к сокращении петли гистерезиса и стабилизации процесса деформирования после первых пяти циклов. На последупцей стадии работы конструкции жесткость ее может характеризоваться величиной секущего модуля полных

упругошастиче ;хих деформаций бэтона, определяемого по фактической диаграмме "os" при центральном сжатии.

С. Предельная величина прогибов балок при чзлоцжловсм динамическом нагрузазяик несколько прегилаэт статическув и близка к значению при однократном динамическом Еэгрудения, что свидетельствует о доесяыю высокой степени деформирования изгибаемых зпдазобетоЕтах элокнтоя при немпогократно повторных еоздойст2ля1 типа сейсмических.

7. Расчет насуцея способности еолазсбегонеа злэмбетоз пр:т ззмяох'окр^тно позтеряом интенсивном ддкамичоском ншруяьгшт иао производить пс ьгатоду предельных состояний* с керректяьак:, прэдг.отапшй-"! сет орем, с учетом фгхпгсосж псотностпых и де^оргатлян! харадаоргстж бетона и арматура, уотгн?^.т-zzзэмнх путем прямых малощзечевых кспнтагий кял по форы/лам, о-поваизым за легользовекли слозеоЗ эгаерч напряжений я актом бетоне.

8. Прочностные и деформзционякые показатели яс?.с^ных материалов следует прятать разлгчзнмз в зависимости ст уровня воздействия и ехзгони ответственности зданпя ияя сооружения.

Расчетзыа характеристики бетона при воздействия немногократно певтеряз^пхея интенсивах дикаяческсс нагрузок устанавливается со гмпирической зависимости для коэффициента

н ,

условий работы 7 = J^-в <5jткцял от крэкеьг. ш числа

w 3 *

цлслое дакаютзеетго пагругхнля. Расчетные характеристика арматуры принимаются ревнаки расчетному сопротгзлэтаю стала или пределу ее прочности при ¡/аяоцзхлоэоы нягруяениз.

9. Для оцени прогибов взгабаэкнх пзлезеббтояккх элементов при воздействии яемногокрзтво позторягада; интенсивных даишчески нагрузок расчетикм путем следует испо.чъзсЕ2ТЬ '¿отодпху, прянлтуа для расчета балок при монотонном нагрухеш с учетом горакзнЕой хэстксстл по длина элемента в предельной стадии работа конструкции.

10. Результаты теоретической оценки несуцай способности, и прогибов опптанх балок, испытанных калоциклошй нагрузкой, свидетельствунт о достаточной надегЕости предлагаемся датодтаи и ее преимущества по сравнению с экзивалентянм статическая рзечзтом, используэ?|Шм з сейсмически проектирования.