В железобетоне зависимость между напряжениями и деформациями носит нелинейный характер. Это свойство должно определять выбор расчетной модели. Проблему учета физических особенностей материалов решает методика на основе дискретной модели фактического сечения конструкции.
При смешанном армировании предварительно напряженных элементов часть продольной арматуры применяется без предварительного напряжения и обрывается в пролете, обрыв арматуры приходится на те сечения, где одновременно действуют изгибающий момент и поперечная сила. Расчет таких конструкций целесообразно выполнять с учетом совместного действия изгибающего момента и поперечной силы, в частности, на приопорных участках, ослабленных обрывом продольных стержней арматуры. Поэтому расчетная модель должна основываться на реальных физических особенностях деформирования конструкций и совместном учете всех действующих усилий в сечении.
Анализ подходов к исследованию напряженно-деформированного состояния (НДС) конструкций со смешанным армированием позволил предложить методику, основанную на применении дискретной модели сечения, что позволяет получить достаточно полную картину НДС в любом сечении по длине элемента и в любой момент его загружения.
При расчете по данной модели учет физической нелинейности материалов производится с помощью математического описания диаграмм деформирования бетона и арматуры [1] и применения шагово-итерационного метода, реализующего способ упругих решений. Решение нелинейной задачи получается в виде последовательности решений линейных задач, сходящихся к результату. Условия равновесия внешних и внутренних сил записывается в виде:
(1)
где εz- деформации вдоль продольной координатной оси элемента Z; ky- кривизна элемента в плоскости XОY; γxy- деформация сдвига в плоскости XОY; R11- изгибная жесткость; R12=R21- изгибно-осевая жесткость; R22- осевая жесткость; R33- сдвиговая жесткость.
В данной постановке задачи, традиционно определяемые основные перемещения (от действия момента и продольной силы) отделяются от дополнительных перемещений, вызванных действием поперечной силы, поскольку в этом случае не требуется задавать начального соотношения между перемещениями от изгиба и сдвига [2].
Система (1) выражает условие равновесия внешних и внутренних сил в нормальном сечении конструкции для любого уровня загружения вплоть до разрушения. Если прочность по нормальному сечению обеспечена, то заданным внешним силам и принятым размерам сечения отвечает вполне определенный вектор деформаций, т.е. ky, εz, γxy.
Если прочность по нормальному сечению не обеспечена, то заданные внешние силы вызывают неограниченный рост деформаций, т.е. разрушение.
Авторами статьи предложена комплексная численная методика по расчету балок со смешанным армированием «CombiFix V.1.0» [3], позволяющая оценить характер напряженно-деформированного состояния конструкций на всех этапах кратковременного нагружения. Адекватность принятой расчетной модели установлена на основании сопоставления результатов численного моделирования и экспериментальных данных, полученных на комбинате «Братскжелезобетон» при испытании балки покрытия марки 2БСП12-3К7.
Сочетание совмещенного армирования и характер расположения напрягаемой и ненапрягаемой арматуры по высоте растянутой зоны элемента выбирались таким образом, чтобы обеспечить одинаковую несущую способность всех исследуемых балок и аналога - балки 2БСП12-3К7.
Для каждой моделируемой балки определялся коэффициент частичного преднапряжения:
(2)
Для полностью напрягаемой балки коэффициент преднапряжения равен единице. Чем больше доля ненапрягаемой арматуры по отношению к напрягаемой, тем меньше коэффициент частичного преднапряжения.
Анализ полученных результатов показал, что за счет снижения величины предварительного обжатия в конструкциях со смешанным армированием снижается момент трещинообразования, и как следствие увеличиваются прогибы конструкции.
Следует заметить, что конструкции с большим содержанием ненапрягаемой арматуры (соотношение между напрягаемой и ненапрягаемой арматурой Kp < 0.5) с точки зрения жесткости неэффективны и по своим деформационным свойствам приближаются к ненапрягаемым элементам. Однако конструкции со средним содержанием ненапрягаемой арматуры (Kp ≈ 0.67) имеют более низкую деформативность и по характеру работы приближаются к полностью напряженным элементам.
На снижение жесткости влияет не только уменьшение количества напрягаемой арматуры, но и собственно наличие ненапрягаемой арматуры, и характер ее расположения по высоте растянутой зоны элемента.
Вывод о пригодности конструкции к нормальной эксплуатации делается исходя из конструктивных показателей, т.е. трещиностойкость и жесткость балок обеспечивается за счет назначения контрольных прогибов и ширины раскрытия трещин. Конструкция тогда удовлетворяет требованиям жесткости и трещиностойкости, когда при заданной эксплуатационной нагрузке прогибы и трещины не превышают предельных значений, определяемых из условия пригодности конструкции к нормальной эксплуатации в заданных условиях.
Литература:
- Н.И. Карпенко, Т.А. Мухамедиев, М.А. Сапожников. К построению методики расчета стержневых элементов на основе диаграмм деформирования материалов// Совершенствование методов расчета статически неопределимых железобетонных конструкций. - М.: НИИЖБ, 1987.-С.4-24.
- СНиП 2.03.01-84*. Бетонные и железобетонные конструкции.
- Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ №2005612294 // Оценка напряженно-деформированного состояния балок покрытия со смешанным армированием (CombiFix v.1.0). Авторы: Коваленко Г.В., Меньщикова Н.С.
Работа представлена на III научную международную конференцию «Фундаментальные исследования», Доминиканская республика, 10-20 апреля 2008г. Поступила в редакцию 07.03.2008г.
Библиографическая ссылка
Меньщикова Н.С., Коваленко Г.В. АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ЧИСЛЕННОГО ЭКСПЕРИМЕНТА ПО ОЦЕНКЕ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ БАЛОК СО СМЕШАННЫМ АРМИРОВАНИЕМ // Современные наукоемкие технологии. – 2008. – № 5. – С. 85-86;URL: https://top-technologies.ru/ru/article/view?id=23881 (дата обращения: 23.11.2024).