автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Прочность преднапряженных изгибаемых балочных элементов, армированных стеклопластиковой арматерой, при действиии кратковременных динамических нагрузок

¡АИИСТЕРСТВО ШНI, ШОПЕН ШКОЛЫ И ТЕХНИЧЕСКОЙ ПОЛИТИКИ РОССИЙСКОЙ ФВДЗРЩШ М0СК0ВС1ШИ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ИНЖЕНЕРНО-С.ТР01ГГЕЛЫИР ИНСТИТУТ им. В.В.КУЙЕШЕВА

На оравах рукописи

ТАРЕК ЫОХЛМЦЦ ФАУЗИ ЭЛШАФХИ

: УДК 624.073.23.012.45

ПРОЧНОСТЬ ИРЩЦШШНШХ ИЗШЕАЕИХ ЕШЧНЫХ УЛЕМЕНТО0, АРШРОВАШШХ СТЕКЛОПЛДЛИКОВОЙ АГМОТОП, ПРИ ДЕ1)СШШ КРАТКОВРЗМЕНШХ ДИНАМИЧЕСКИХ НАГРУЗОК

(Oi3.23.OJ - Строительные конструкции, здания и сооружения)

Автореферат дииоорташт на соискаиис учёной отопеня кандидата технических наук

Мооква - 1992

Рабогз выполнила в Мооковоком ордена Трудового Краопого Знамеги инханерно-огроителыюм инотитута ш. D.D.Куйбышева. НаучннИ руководитель .-' доктор технических наук:

ирофесоор Н.Н.Попов Официальные оппоненты - доктор технических наук.

лрофеооор В.И.Харницкий

- кандидат технических наук, от.иаучн.оотр. И.Н.Тихонов Ведущая организация - ЦНИИСК им. В.А.Кучеренко

Зтчга состоится

« ¿>* ОХ f I9S2 г. в чаоов на ваоеда'ши ип еадализнрованиого совета ВАК К 053.П.01 при Московской инженерно-строительном инзтитуте им. В.В.Куйбышева по адреоу: Москва, Шлюзовая набережная, дом б, в аудитории

U диссертацией можно оанакоштьоя в библиотеке инотитута. Иросям Вас принять учаотив в защите и направить овоИ отзив в дпух экземплярах по адресу: 12933?, Мооква, Яроолэвокое аосое, дои 26, ¿&№И им. В.В.Куйбышева, Учёный совет.

.Автореферат разоолгн "

$ « vm г.

Учбний секретарь специализированного совета кандидат технических наук

дохгент ' Э.В.Филимонов

|.. 71...-,\ 01ШЯ' шштитш ГАШМ

(Лшжошю металлоемкости строительных конструкций нвляетоя вашюЛшой задзчоП, стоящоН пород отроиталыюЛ наукой. ?еи:ениэ это(1 задачи в желез обо тошшх конструкциях ;.юкот бить достигнуто цутсм замсш отолыюВ арматуры нзметаллнчесиоН (сгеклоплэо-тлновоИ, базальтовой и др.).

Вопрооы использования в строительство стоклопляогиковой арматуры исолодованы недостаточно, что объясняется в значитель-ноИ стопони новизной вопроса и ее относительно високоП стоимостью, иослэднов связано о отсутствии пс иромодлашюго изготов-л0ш1л. отоклошюстикопая армату Р-% благодаря высоко!! порроаион-ио(1 и влокгроизолпруюшоЛ способности, псмпгиктпости, ря.л,по прозрачности находит примипонио глпвш;м образом п конструкциях, вксплуиуирувшх ь условиях хнмнчоокях и агрессивных сред при статических нагрузках, имеются примеры приманония её в мостостроении и других сооружениях.

Б ряди стран (США, Великобритания, Япония и ,чр.) стокло-шюсгикоппл.ипматура получила более широкое распространенна, г.кшю окидать, что в связи с буршш развитием химической про-мишлшшссти пппуск стеклопластиковсП арматуры уже в ближаКгае годи будет существенно увеличен. Уто позволит более широко применять стсклопласшковуп арматуру шгюто металлическом з рязлич-них отраслях строительства. Одной из перспективных сблаотоП применения стеклопластикепой агшатуры, гдо могут бщ'Ь реализованы ее высокие прочно о тип о свойства, являются сооружения, подверженные кратковременным динамическим нагрузкам. Такие нагрузки рассматриваются как аварийнне и при их воэдеИотвпи в сооруяеш1-я* допускаются зна.чителышэ пластические дс|ормашш, но припо-

дящие однако и оОрушошю конструкций. Мя предотвращения обру-шонил ксштрукшШ вследствие возможного обрыва малоде^ормпруо-моН ereклопластиковой арматуры предлагается пр1шенять сметанное армирование, при котором стеклопластиковую арматуру уста- . на вливают в сочеташт о малоуглеродистой стальной арматурой, оОлодоще»]; большими пластическими деформациями. В этом случае доне при обрыва стоклошгастиковой арматуры конструкция не обру штоя, поскольку деформации малоуглеродистой арматуры не будут полностью использованы.

В настоящее время проведены экспериментальные в теоретические иоследовснил железобетонных конструкций оо смешанным армированием (высокопрочная и малоуглеродистая сталь) при статических нагрузках, доказавшие их высокие эксплуатационные и экономические качества. Вопрооы же возможности и целесообразнооги применения конструкций, аршрованных стеклоплаотиковоЦ арматурой в сочетании о малоуглеродистой стольной арматурой, работа; гавдх ври'кратковременной динамической нагрузке в стадии больших плаотичоских деформаций и даже при обрыве стеклоплаотико-; вой арматуры ранее не рассматривались.

Целью диссертационной работы являют ал оценка на основе ; экспериментальных и теоретических исследований целесообразности, .возможности и условий применения стеклолластииовой арматуры при действии кратковременных динамических нагрузок, paspa -ботка метода расчёта такого класса конструкций в упругой в пластической стадиях, включая стадию обрыва арматуры. Новизна Работы заключается в оледусщем: - проведены экспериментальные исследования, в результате которых получены данные о прочностных и деформативных характеристиках стеклооластиковой арматуры при скоростях деформирова-

шш наблюдаемых при разрушении конструкции при взрцвних воздействиях;

- разработана мотодика и проведены экспериментальные исследования балочм<х конструкций оо смешанным армированием (отоклонласгиковая и огерхновая арматура класса А-111) при статических и кратковременных динвмичеош:х нагрузках;

- получено, что в изгибаема* балочных элементах со смешанным армиоованием, даже при обрыве отеклопластиковой армату

не происходит обрушения конструкции. Остаточная несущая способность в этом случае будет обеспечена мягкой стержневой арматурой, обладающей большими пластическими депортациями;

- построена полная раочётная диаграмма сопротивления балочных конструкций оо сменянным прмироЕаш-^ем и д-зны рекомендации по нормированию продельных состояний;

- сформулированы предпосылки и разработан инженерный метод расчёта балочных конструкций со смешашшм^мровашем на кратковременную динамическую нагрузку. Мото/Г^ссчитывать конструкции ш всём диапазоне их прочностных свойств;

- показано, что конструкции со смешанным армпрованием (стоклопластиковая и мягкая стальная арматура) могут успешно применяться п конструкциях, подверженных воздействию кратковременно динамических нагрузок большой интенсивности. Применение только одной отоклоплаотпковоИ арматуры возможно лишь при огра-Ш1Ч0ИШ1Х деформациях конструкции.

Па защиту шиюсится:

- рол^.чымтм оиииепш.юитплышх исследований работы стекло-пласгпшопои арм.ггурн мри скоростном иагру-ешш;

- результат зкспочимоитллышх исследований работы изгибаемых балочные элементов оо смешпнным армиропшшом при статических

и динамически:: воздействиях;

- предпооышш дяя расчёта конструкция оо омемашым армированием на кратковременные динаыичоокив нагрузки;.

. - инженерны!! метод расчёта балочных конструкций оо смешанным армированием на кратковременные динамические нагрузки, учитывали И работу конструкции в упругоИ п властичеокой стадиях.

Практической значение даосергавди заключается в том, что в результате проведенных экспериментальных и теоретических исоле-, ДозаниП оСосьовака возкоккоегь применения стсклоллаотиковой ар. натуры з конструкциях со смешншш аршрованием при кратковрв-' ыэнннх лизашчеешх арздвйотвиях большой интенсивности. Разряд смотан метод расчёта 'СолочныхконструкциЙ со смешанным армированием. ¡Лотод позволяет проектировать нддёкнне конструкции зданий со взрывоопасными производствами и оиеилальшх защитных соору-

КИИЙ.. , • . .

.,' , ЛоотрБераооть результатов обеспечивается тем, что екопери-меатальниё. иослсдошшш проводалцоь при надлежащем метрологи-" обеспечении о «¿пользованием оборудования, проградупро^ ваннохо на испытательных машинах выоокого клаоса точности, про-1Чно<йцые и деформативние характеристики материалов получены при иодатапиях стандартных образцов, наблвдаетоя соответствие результатов расчётов и экспериментальных исследований. ' .

^ .Апробашл работы. Основные результаты исследований долояв-;ЯЫ и получили одобрение на заседании кафедры железобетонных конструкций• ЗВ№И им.'й.В.КуМншева в иша 1992 г.

Объем и структура работы. Дисоептания состоит из введения, чотнрех глав, общих выводов и спиока литературы. Общий объйы рабстн 135 страниц, в том числе 107 страниц машинописного текста, За рисунков (¿В стр.), список литературы из 61 наименования. .

ЦОДЕРКАШШ PAEüra

13 первой главе на основании обзора литературных источников дан анализ сущзствущкх методов расчёта асолезобетоккых кокотрук-W'il на кратковременные динамнческиз воздействия большоЯ г.нген-сивнооти, приведены результата исследований прочностных и до^ор-мативных хсрактористдк применяемых в народном хозяйстве конот-рукшш, армпровшишх етоклопластиковой арматурой при отзтичво-иих нагрузках.

Изучение воздействия ударной волны взрива на сооруасоюш было начато о появлением взрывчатых веиреть. Нервыо oiwth в атом напраплешш заключались в том, что ишенеры определяли рас-Отолгше от центра взрнпа до преграда, на котором происходит раз-рушоние оооружеш1я, и расстояние, на котором сооружения не получали поврезденлй, опасных для размещения в них лпдоМ. Полученные эмпирические заииоимооти для расчета осоруяенк!!, располокзнннх п различных средах, позволяли решать эти задачи.

■ Тооротичеокие оонош расчёта конструкции в ynpyroii отадаи pntioTU на дейстшо кратковременных динзпичоокпх нагрузок бит зало.хе1ш А.П.Кр'илояым, п и дальнейшем развивались Бчзуховын Н.И, JC'"UUIHH u.U., Рлбшюиичсм Н.М., Ден-Гартогом н др. Расчёт конструкции строился исходя из дашферешщальннх уравнений динамического рчиновеслш упругих слогом, ейцие иетодн которнх хороио раз-робот,-um.

дли конструкции, подверженных воздействию аварийных динамических нлтуиок, допускается работа п стации пластических до-(Toi\m;ihiiI1. Поатому петоди рлечйтп долгаш учитывать работу конст-pj-i:niü не только и ynpyroii, но и пластической стадиях, В такой постппонк.' решчше задачи связано с определенными трудностями, паатому я ¡'$12-43 гг. Л.ЛЛ'шздев нредлолшл жостко-пластичоский

метод,в соответствии о которым полностью преиебрегались упругие дойормацш! материала. Конструкция считалась неде$ормируемой, сока .усилил в каком-либо сечении не достигнут предельной вели-чини, соответствующей уровню образования пластических деформаций. После возшшиовения в конструкции пластической яоны начинается перемещение конструкции.

¿астка-пластический метод развит в трудах и.И.Ерхова, Ди-ковича И .Л., К.Л.Комарова, Н.Оаймондса и др. н позволяет решать 'многочисленные задачи динамического до^ормнровштяв пластической охадшн балок, шшт, мембран, некоторых типов оболочек и др. Однако область ирллокешш полученных решении ограничивается к конструкциями лз материалов, допускающих достаточно большие ! плаотичэсюю деЛярмации. Для железобетонных конструкций, плао-

тическая составляющая деформация которых невелика, расчёт в , рамках модели кёстко-пластичоского теля даёт погрешность, и мо кет применяться для предварительной оценки лрочнооти.

• Для расчёта железобетонных конструкций разработан метод! учитывающий работу в упругой и ппаотичеокой отадиях. При поот-; роешш метода исходили из диаграмм деформирования железобетон" них элементов, характеризующих их сопротивление внешшш воздей-; ствшк.1. Обично такие диаграммы предотавляютоя в виде диаграммы идеального упруго-дластичеокого материала, диаграммы хрупко раз-рушащегоои. материала.или криволинейной зависимости. Наиболее - полное развитие получили методы расчёта железобетонных конструкций, армированных сталью с ([изичеоким пределом текучести,., функция сопротивления которых представляется диаграммой Прандт-ля. В работах II.II.Попова и 5.0.Расторгуева рассматривался комо-леко необходимых для проектирования вопросов: определение вщгт-роиних уел ли!! и перемещений, установление предельных состояний

и способов их нормирования; расчет сочзниП. Полученные iv® зависимости для расчёта балок, плит, опеотнх по контуру, и других элементов экспериментально проверены ь га:.рог.о применяются при проектировании.

В последшю годи в овлзи с пробл&мэП экономии металла а строительную пракпшу широко внедряются 'арматурные стали, отличающиеся повышенной прочностью. Такиз стали обладают малой де~ Нормативностью н применение и:: в сооружениях, рассчитываем х на кратковременные динамические нагрузки, долгое время не допуска-; лось вследствие опасности хрупкого обрыва арматуры и обрушения конструкции. для обоснованного внедрения оталей повышенной- прочности в МП и 1Ш1ШБ били проведены исследования, которые позволили установить уоловия применения шеокопрочпой ярматууя в изгибаемых и сяштнх элементах и разработать метода их ресчйта на динамические воздействия.- ,

Наряду о ииаенерными методами получают- развитие более точные, методы расчёта конструкций на динашческую нагрузку, позволяющий определять напряженно и деЛормацдп батона и аиматуры в лмбих сечошшх элемент« на любой стадии иапряконно-декормиро-ваниого состояния от воплощения нагрузки до разрушения. Эти методы основаны на использовании зависимостей 64* i С£б) и (¡¡г$С£ I а получеши расчётных зависимостей сводится i: решению нелинейных д1ь':(еронциачышх уравнении.

Таким образом, в настоящее время разработаны и успешно применяются дштпччочкне погоди расчёта аелезобетонных конструкций, пширонянипх как млгког, так и высокопрочно!) стальной арматурой. Однако на стальную арматуру расходуется значительное количество дефицитного металла. Одним из путей снижения металла в строительстве является применение неметаллической арматуры.

В зовпрапости от вида волокон неметаллическую арматуру подразделяй'!'. на'отенлспластиковую, базальтовую,,/глв пластиковую и др. В большей степени изучены отеклопластийовая и базаль-?омь1- ¿¡Эмаэдрц, иьготовляекке.в виде стержней диаметром .5,.. 15 • ш.о повер^костьзо гладдюй я периодичвокого профиля. В строительстве сте'кчсрласткковоя арматура.применяется достаточно редко, что объяоняэгоя повизноП вопроса и её относительно высокой отоимсстью/ последнее .сйязрш о отсутствием её промышленного цзготоЕлешш. ; .-1-'-"'*..''•"'':"•■,'' ' ';•'•

•с \Ь| наоуоящеа щ>емя стеклоплаотикоьая арматура в первую очередь "яраыеяяятсЯ в конструкциях, где реализуются её особые - д : ошПагвд: 'корроэюодал к олемгрокэолнр.ующая стойкость, нешг-11Е1-НОС ть, 'дашолроврэчлость; имеются примеры применения её в л,Ьстостроешп1 л других сооружениях. В последние годы в раде

п др. проводятся обшрпыв вс-;;олёдовэтом( неноталлаческоа' арматурн и. намечено увеличение ей ; " 'З^сизводства. Ьто позволив! более широко применять неметалли^еа-. ;^Л 8рматуру в различных отраолях отроитольотва. . . . ■ ; 1 ' ^¿Однаа из перспективных направлений применения неметалла^ /^о^Ц'-'^здв'^вго^^отомоаяаомиооой арматуры, где могут 5бых<£^-реалй!.зованы сё высокие прочностныо качоства, являются оо^ ^руйенпй,. водвержоннне 1фаткозреыеннш\1Шнамичаоким натруэкам, ."•'• ¿ольте1и6йтойоашооти; С такими нагрузками сталкиваются ври щх>-;бкта£овгш<1' взр^опаоных;дехсв и специальных ващитных оооигж»?'

. •Крагкавроненнае дгша»£1Чесга шгруэки даояг авариЯный та-ракгяр, тюэтом? при их воздействии э конструкциях допуокаютоя ••; .яначитэлышо шюстичеокие деформации. .

Для йсаогочения. В03М0ИЮ0И1 обрушения конструкций воледот-взе"обрцва шлоде^ормируёмой отеклоплаотиковой арматуры предло. аено принеиять омешснное ермйрование, при котором стеклопласта- -

ковая арматура устанавливается б сочетании. с малоуглеродистой стальной арматурой, обладающей большими пластическими деформациями. .Можно ожидать, что даже яри. обрнзе отемюштастиковой арматуры конструкт)л ко обрушатся, поскольку деформации малоугле-родиогоП стала не будут исчерпаны. 1 . ;

До настоящего времени работ псисследовакню конструкций оо смешанным армированном о применением стеклоплаотиковой арматуре! не проводилось. Поэтому возникла нгобходимость в проведать г экспериментальных и теоретических исследований по пзученхо пь-прлжепно-дёфоршреванного состояния влемечтоз, со смеианныч армированием и разработка шканерных методов ах ррочета на действие кратковременных динамических нздрузок во всех стадиях их. работы (включая стадию снижения несущей способности и обрыва стоклоапасгикоЕо!! арматурн). • : . ■ * /

Во лторой главо при юдлтоя результата экслериментальннх исследований прочноотпых и деформативных свойств отекло пластиковое! арматуры, при скоростях, имеющих место разрушений; , элементов от взрывных воздействий. Испытания ирозодаш;сь^?а машине ч7ирмы "£/»<«»(" в рекяме постоянной скорости £ = "77 ' -• в аъ-

Соп^ь . Диаметр образцов 6 им, длина С = 135 мм, временное

сопротивление - 1360 МНа, начашшЛ модуль упругости - 51000 МПа, относительное удлинение перед разрывом 3,67^.

. Для ага;сровки стертлеН было оазраСотано специальное приспособление, исключающее местное разрушение образца б зоне захвата. Скорость деформирования при динамических иопнтаяиях 1<з-менялась от & =0,13 с"-1 до £ ^ Г,2о . Одновременно о .динамическими пенптанплш проводились статические при скорости £ = 2,Ь-ИГ4 с-1.

Й риэультлтепепитанп!! било получено, что при рассматрива-

вшх скоростях v,сформирования временной сопротивление и модуль упругости отшоплаотиковоН арматура повидались на. 7¿-^(з" во сравнение? со' статическими, а отнооителыше удлинения при разрьн зе практически: не изменялись. Эти данные могут быть рекомевдо- . ваны для расчёта конструкции, армированных стекдоялаотиковой арматурой на. кратковременную динамическую нагрузи.

В третье;1 главе мзлагеетоя методика и приводятся результат экспериментальных исследований предварительно напрякенних балок со смешанным армированием при статических и однократных 'дшамичеоких нагрузках. Испытания проводилиоь в лаборатории теории железобетона ШШБ и отделе натурных циклических испытаний : ЦШ1ИСК1 им .В. А .Кучеренко под руководством к.т.ч. доц. Чарыева М., при участки к.т.н. с.ц.с. Белоброва й.К.

' Воего било испытано S бэлок прямоугольного сечешя размером 140x180x3200 мм. Опытные образцы были разделены на 4 серии: в первой "серии балок в качоотве рабочей продольной арматуры били . пояняш 4 стераня СПА ё 6 мм; вторая серия армировалась тр&-> мя стержнями СПА 4 6 ш и четырьмя стержнями ненапрягаемоП ар-1, матуры класса А-Ш ?>' 6 мм;' третья серия о ода ржала 4^6 СПА и. IdI2 ;А—111. и четвертая ЬФо СПА и Ы Аг-Ш, из них и Zi 8 мм. , ! .Ббтон для балок применялся тяжелым прочноотьр « 29-32 МПа» ¡временное сопротивление СПА йен.» 1368 Ш1а, Ясл «* 5,16-10^ .Ша,~2,67прочностные и деформативные характеристики . сталклцасса А-lS определялись стандартными испытаниями. Величина предварительного натяжения СПА была принята 0,5 Ясп•

Опытные балкй исиытывакись двумя сосредоточенными силами, расположошшмй на расстоянии 173 им от её центра. Статическая нагрузка создавалась рычагом, один пеней которого был связан о анкерными тягами с домэщьп цилиндрического шарнира, а ко второму когэду была подвешена платформа со штучными тарированныш!

грузаш. Опытный образец устанавливался на динамометрические опорн, которые изиорлли опорные реакции. 0 помощью перемещений рычаги, создаваемых домкратом, образец подвергали отатичеокому нагружешт до исчерпания своей несущей споообнооти.

Динамические иопытания осуществлялись на специальной установке, соотоящей из шиной упорной рамы, гидравлического дом-

отшшиой

крата, соединенного о гидроаккумулятором и насосной 'установки. При динашчеоком нагоужзнии образцов машинное масло накачивали онаЧала в стальной баллон большой ёмкости (гидроаккумулятор), а затем при испытают сжатоз масло быстро подавали в гпдродом-крвт, вследствие чего балка подвергалась интенсивному динамическому нагружешт. Разрушение опытных образцов при такой методике испытания проходило в течение 0,0&-0,12 сек.

При динамических испытаниях деформации арматуры и бетона

регистрировались о помощью генаометричвоких усилителей 8 АНЧ и «

осциллографов 1Ш!), Измерение прогибов проводилось о помощью .. электрических реохордных датчиков перемещений. Вое регистрируемые в процессе опытов величины фиксировались на осциллограммах испытаний. , " ; ' и диссертации приводится подробный анализ результатов статических п динамических испытаний образцов. В опытах разрушение балок происходило по нормальному сечению в меотах максимальных изгибающих моментов, причём элементы, армированные только СПА, разрушались вследствие обрыва арматуры, а а элементах, армированных СПА и мягкой оталью при относительной высото сжатой зоны |> 0,2 обрыва оПА не наблюдалось и разрушение происходило вследствие раздробления бетона сжатой -зонк.

Со противление статическому и динамическому нагружешшм балок близнецов, которые приведены в диссертации в виде сравни-

телышх гистограмм, показало, что диньшчэскал прочность балок выше статической на 12-15*, что объясняется донамичеоким упрочнением арматуры и бетона.

Для выявления особздноотей деформирования балок о СИЛ в диссертации подросло расомотрени экспериментальные зависимости изменения кривизн, прогибов, дейорлавдй по выаоте оечення при отатичеоких и динамических нагружениях.

Нсаыташш опытных образцов показали, что преднапряженяые ■ изги'бэемые элементы, армировашше СПА при статическом и динами-' чеоксм нагрукении, проходят одни п те ке отадии напряженно-деформированного соотояния и характер их разрушения одинаков (рис. I). '

Особое внш.1анпо в вкопорилшнтахбыло уделено стадии сниже-' ния несуаюй способности опытных образцов, так как эта стадия \ для элементов с СНА нормировалась впервые, в поэтому прогибы, кривизны балок на этой стадии определялись при изгибающих ио~ ; ментах, составляющих О,Ь-С,5 от предельного или до полного раз-рушошя.'

В четвертой главе рассмотрены вопросы роочёта прздвари-тольно напряженных изгибаемых элементов, ориированнпх СИЛ при действии кратковременных динамических нагрузок.

13 первом разделе главы сформулированы основшш росчётше ; предпосылки. В качестве расчетной диаграммы деформирования, после подробного анализа работы преднапряженного элемент с ОНА, предложена трилинейная диаграмма соиротивлешш . (рис.2)

Расчет жолезрботошшх конструкций на взрывные воздоПствия производится по методу продольных состоянии, поэтому в диссертации подробно рассмотрен вопрос нормирования предельных состол-- пин. »1Спольз,!емцэ ь расчётах процельные состояния 1л, Тб н Ти

29

Хо

-0,391 ✓ 0,239, [

У

Г ■ ' • » 1

, О

15о ' Зое

Рио. Завяоямоогь Н о* кривлены в середине .пролета опытных балок щ>и динамическом ' нагрукении

(I) И"1,^)"?

т )

2. Расчетная (трилинейная) диаграмма деформирования свободно опертых балок, армированных омеги иной арматурой

показаны на рис.2, где эта соотояния овязшш о соответствующими значениями 1фивиэн, прогибов или угла раскрытия плаотичэокой зош.

Особую сложность вызывает определение координат точки 4, расположенной на нисходящей ветви и соответствующей достижению предельного состояния 1в, которая на современном уровне знаний нохот быть реаюнп только на експериыенталыюй оонове. В результате ироводонных исшташШ получены значения углов поворота балок на опорах • которые для образцов различных оэрий и нри розной степени снижения изгибающих моментов на ниовддао-иих участках рабочих диаграмм, приведены на гренка рио. 3.

60

35 1о

1*0 0*80 0.60 0.40 иг»Л/Ыи,й

Рис. 3. Зависимость углов поворота балок о различию« £ (I - £ - 0,439» г - £ - 0,297} 3 «. = 0,391) от отношения

X

¿/к 8

-----

Полную величину угла поворота балки но опоре удобно представить в виде:

+ ш

где Д^ - приращение угла поворота половины балки в отадии снижения несущей способности. На основании регрессионного анализа полученных експеримен-тальных данных была установлена зависимость величины А ^ от степени снижения изгибающего момента ^¿/Мис! в рассматриваемое отадии и относительной высоты сжатой зоны.

(2)

Раздел 4.3 поовящен разработке методики расчета свободно опертой балки, армированной СПА и сталью класоа А-Ш па действие равномерно распределенной динамической нагрузки о исполь-зовшшем трилинейной диаграммы.

Движете балки на участках 0-2 и 2-3 описывается дифферент шшлышм уравненном:

„ qV; л „ .л

A: Hl ■* /П-* Pt*), . ,

где линамический прогиб (перемещения) балка в оо-

. ответствующей отадии; Ви - изгибная жёсткооть на соответствующем учаотке; гть -; погонная маоса балки;

p(t)~ интенсивность равномерно респределенной дина. .>'' мической нагрузки. На участке 3-4, приняв величину изгибающего момента убыва^. юте!! по линейному закону: , ' .

M*Mu.J-M, М4)

где И - коэффициент, учитывающий изменение изгибающего момента о ростом угла поворота ^ полоншш балки. Получено дифферентнльноо уравнение движения балки в рассматриваемой стадии: ,

.ты..

(б)

где К*; -¿г ~ ВР0^ окончания упругоплаотическоП о« дни. .

Для коадоП стадии в работе наПдопы выракенпл для определения величин ноогибов, окороотей и изгибаюатх мэментог. •.

В.раздоло 4.4 рассмотрено движение свободно опертой бэлк; под действием мгновенного шпульоа на воех стадиях работ« (ух> ругая, пластическая, ниспадающая ветвь) и определены величину

I

импульсов, вызывающих п ной различные предельные состояния. > Так, значение импульса, достаточного для наступления продельного состояния 1а, можно иа№ш из енрпконил:

кЬпшмалыюи значение импульса, вызывающего в балке предельное состояние Тб, определяется по '¿оомуле:

Л значение н;шулг>са, соответствующего доотившнш балкой пре-делыюго состояния 1 в, находится из ннрпулнил:

Используя полученгшв выражения, проведены расчеты некоторых опытных образцов.

: В конце четвертой главы дана оценка экономической эффективности применения ОПА в изгибаемых элементах. Выполнено сравнение себестоимости балочных конструкций одинаковой несущей способности о одинаковыми поперечными сечениями и классом бетона, но роз!ШХ систем армирования: о использованием ОПА, высокопрочно!! стали, стали класса А-Ш и высокопрочной проволоки.

Сравнение удельной стоимости различных типов армирования показало значитольпую экономичность применения 1Л1А.

основные вывода

I. Разрушошю балочных элементов оо смешанным армированием-как при статических, так и при кратковременных динпмичеокпх нагрузках прозеходит от раздробления бетона сжатой зоны или от Обрыва стеклоплаотиковой арматуры (ОНА).

; : ¿. Балки, армированные только СПА, разрушаются в результате её обрыва. Характер разрушения балок со смешанным армированием, включающим ОНА и оталь класса А-Ш, зависит от относительной высоты счатой зоны £ . При 0,3 обычно происходит разрыв малодеиормируемой СПА и снижение несущей споообнооти балки, но при этом но происходит её обрутенче; ему препятствует наличие малоуглеродистой арматуры, обладающей большими деформатив-шми свойствами. При более выооком содержании рабочей арматуры (% * 0,2) обрыва ОНА не наблвдалооь и снижение носущей способности балки происходило вследствие разрушения бетона сжатой зоны.

3. Прочностные характеристики СНА' с увеличением скорости деформирования возрастают. При £ - 0,13 опрочность ОПА по-вншается на 12*-, а При £ =1,2 с~т - на 20*; модуль упругости

повышается на ту ко величину соответственно. Деформативность (Я1А при указанных скоростях не изменяется.

4. Динамическая прочность балочных элементов, армированных только ОНА, а танка балсш со смешанным армированием (ОПА и

• г

оталь класса А-III) при скоростях деформирования £ • 0,06 о •, характерных для работы элементов при взрывных нагрузках, оказалась выше их статической прочности на 12-15*, что объясняется динамическим упрочнением арматуры и бетона. .

' 5. На основании обработки (экспериментальных данных рекомендована раочётная диаграмма деформирования балок оо смешанным армированием, на которой установлены три характерные точки. Пер ьая точка характеризует достикенио мягкой арматурой дннашчеоко го продела текучести, вторая - соответствует началу разрушения ботона скатоП зош, тротьл, находящаяся на нисходящей ветви» принимается из условия Исформулированы предельные состояния и продлоксны способы их нормирования, включая состояние Тп на шшходящой вотви.

6. Исходя из ыолучэнных .диаграмм деформировать балок оо смотанным .'цгтпюишшом ризриботзни метода их расчёта на кратковременную динамическую нагрузку и мгновенный импульс.

7. Наиболои эффективно применять сметанное армирование в случае, когда сроил действия динамической нагрузки не превышает времени, необходимого для разрушошш конструкшш. Расчеты балочных конструкции со смешанным армированием на действие мгновенного импульса (ЮКВЗЛЛИ, что учит работы конструкции в у ругошшстнчискоГ стадии, включая ниспчдпкпцум ветпь, позволяет выявить резервы посуше!! способности и нош"сить величину действующего на балку импульса до двух и более риз (без обрушения

„ конструкшш).