Remkomplekty.ru

IT Новости из мира ПК
3 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Стадии напряженно деформированного состояния железобетонных элементов

Стадии напряженно-деформированного состояния нормальных сечений изгибаемых железобетонных элементов;

Вследствие значительного различия свойств бетона и арматуры напряженное состояние нормальных сечений железобетонного элемента при увеличении нагрузки изменяется. При этом различают три характерные стадии.

Ст 1 Ст 1а Ст 2

I

Рис. 2.2. Опытные эпюры напряжений в нормальных се­чениях изгибаемо­го элемента: а. в — с ненапряженной; г, д — с предварительно напряженной арматурой

Стадия I (рис. 2.2, а). При малых нагрузках напряжения в бетоне и арматуре невелики, деформации носят упругий характер, эпюры нормальных напряжений в бетоне сжатой и растянутой зон — треугольные. С увеличением нагрузки в растянутом бетоне развиваются неупругие деформации, эпюра напряжений становится криволинейной, напряжения приближаются, а затем становятся равными пределу прочности бетона при растяжении (стадия 1а). Это положено в основу расчета по образованию трещин. При дальнейшем увеличении нагрузки в сечении образуются трещины.

Стадия II (рис, 2.2,6). После появления трещин растягивающие усилия в сечении с трещиной воспринимаются арматурой и бетоном над трещиной (ниже нейтральной оси). Между трещинами бетон в нижней зоне работает на растяжение и напряжения в арматуре уменьшаются по мере удаления от трещины. В сжатой зоне бетона развиваются неупругие деформации и эпюра нормальных напряжений искривляется. Считается, что стадия II заканчивается, когда в растянутой арматуре достигнут предел текучести. По этой стадии, называемой эксплуатационной, производится расчет прогибов и ширины раскрытия трещин конструкций.

Стадия III (рис. 2.2, в). Это стадия разрушения. Опыты показывают, что характер разрушения зависит главным образом от количества и вида арматуры, при этом возможны два случая:

случай 1 — разрушение начинается в момент, когда напряжения в растянутой арматуре достигают физического или условного предела текучести; с развитием пластических деформаций в арматуре раскрываются трещины, напряжения в бетоне сжатой зоны возрастают, и, наконец, происходит его разрушение; разрушение сечения элемента носит пластический характер;

случай 2 — разрушение элемента происходит вследствие раздавливания бетона сжатой зоны, при этом напряжения в растянутой арматуре могут не достигать предела текучести и ее прочностные свойства используются не полностью. Такое разрушение носит хрупкий характер и, как правило, имеет место в сечениях с избыточным содержанием арматуры. Стадия III положена в основу расчета прочности.

Поскольку усилия от внешней нагрузки изменяются по пролету, сечения по длине элемента испытывают разные стадии напряженно-деформированного состояния.

В предварительно напряженных элементах до приложения внешней нагрузки напрягаемая арматура обжимает все сечение или часть его (рис. 2.2, г). После приложения внешней нагрузки, сжимающие напряжения в нижней зоне уменьшаются и становятся равными нулю (рис. 2.2, а). При дальнейшем увеличении нагрузки возникают растягивающие напряжения и в предварительно напряженном элементе будут последовательно развиваться те же стадии напряженно-деформированного состояния, что и в элементе без предварительного напряжения.

Характер изменения напряженно-деформированного состояния сечений обычных железобетонных элементов в процессе нагружения был известен уже в начале нашего века. Однако теоретические основы, учитывающие его особенности, отсутствовали. Существовал лишь метод расчета по допускаемым напряжениям. Он и был принят первоначально для расчета железобетонных конструкций.

Интересные и нужные сведения о строительных материалах и технологиях

СТАДИИ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

Экспериментальные исследования железобетонных балок, загружаемых последовательно возсратающей нагрузкой вплоть до исчерпания их несущей способности по нормальным сечениям, или, для краткости, вплоть до их разрушения позволяют выявить три характерные стадии напряженного состояния таких сечений.

Стадия I (рис. 2.7, б). При малых нагрузках напряжения в бетоне и арматуре невелики и деформации бетона носят преимущественно упругий характер, зависимость между напряжениями и деформациями близка к линейной и эпюры нормальных напряжений в бетоне сжатой и растянутой зон сечения можно считать треугольными.

С увеличением нагрузки напряжения в бетоне быстро приближаются к пределу прочности при растяжении. При этом в растянутой зоне сечения развиваются неупругие деформации, эпюра напряжений искривляется, а деформации достигают предельных значений. В сжатой зоне бетон испытывает преимущественно упругие деформации и эпюра напряжений близка к треугольной. Так как деформации растянутой зоны растут быстрее, чем сжатой, нулевая линия смещается к сжатому краю сечения. Характер изменения деформаций по высоте рассматриваемого сечения остается близким к линейному. Этот конечный этап стадии называется стадией 1а.

При дальнейшем увеличении нагрузки бетон растянутой зоны разрывается и в местах, где образовались трещины, из работы выключается. В тот момент, когда растяжимость бетона исчерпана и в сечении появляется трещина разрыва, наступает новое напряженное состояние — стадия II.

Стадия II (рис. 2.7, в). В растянутой зоне сечения с трещиной внутренние растягивающие усилия воспринимаются арматурой и (в какой-то степени) растянутым бетоном над трещиной. На участках между трещинами сцепление арматуры с бетоном полностью пе нарушается и бетон продолжает работать на растяжение, несколько разгружая арматуру.

С повышением нагрузки напряжения в арматуре увеличиваются, трещина разрыва в бетоне продолжает развиваться, поднимается вверх и область еще работающего на растяжение бетона сокращается. Нулевая линия неизменно смещается к сжатому краю сечения и сжатая зона сечения уменьшается.

При дальнейшем увеличении нагрузки трещина разрыва в растянутой зоне распространяется до нулевой линии и раскрывается, т.е. все растягивающие усилия в сечении воспринимаются только арматурой. Напряжения в сжатом бетоне и в растянутой арматуре увеличиваюся.

Читать еще:  Классическая архитектура называется

В сжатой зоне сечения, проходящего по трещине, закон плоского деформирования продолжает сохраняться. Деформации растянутой арматуры в сечении с трещиной могут заметно отличаться от ординаты, отсекаемой в уровне арматуры продолжением прямой, ограничивающей эпюру деформаций сжатой зоны. Однако, как показывают многочисленные исследования, характер изменения усредненных деформаций сжатой зоны и растянутой арматуры на участках между трещинами практически мало отличается от линейного.

За конец стадии II может быть принято (весьма условно) состояние, когда ордината максимальных напряжений в сжатом бетоне начинает перемещение от края сечения вглубь сжатой зоны или когда напряжения в растянутой арматуре достигают предела текучести.

Стадия III (рис. 2.7, г). В этой стадии работы неупругие деформации бетона распространяется на значительную часть сжатой зоны сечения.

Закономерности в отношении усредненных деформаций, характерные для стадии II, сохраняют силу вплоть до разрушения.

По длине балки нормальные сечения испытывают различные стадии напряженно-деформированного состояния: в сечениях с малым изгибающим моментом — стадию I, там, где изгибающий момент больше — стадию II, а в сечениях с максимальным моментом может быть стадия III.

Три стадии работы можно выделить не только при изгибе.

При действии крутящих моментов в начальной стадии нагружения балка работает упруго. В ней возникают касательные напряжения и равные им главные растягивающие и главные сжимающие напряжения, направленные под углом около 45° к оси (рис. 2.8). Эта стадия характеризуется плавной криволинейной зависимостью между напряжениями и деформациями растянутого бетона. В конце стадии касательные напряжения распределяются равномерно по всему сечению как в идеально пластическом теле. После того, как деформации удлинения бетона по направлению действия главных растягивающих напряжений достигнут предельных значений, в бетоне образуются развивающиеся по всему контуру сечения спиральные трещины.

В реальных условиях крутящие моменты действуют в сочетании с изгибом, значения этих моментов сраг птельно невелики, и спиральные трещины развиваются только в зоне, растянутой от совместного действия изгибающего и крутящего моментов. После их образования усилия в направлении главных растягивающих напряжений воспринимает арматура, а усилия в направлении главных сжимающих напряжений — бетон.

Разрушение балки при совместном действии изгибающего и крутящего моментов происходит, как правило, по пространственному сечению.

В элементе, подвергнутом растяжению, пока растягивающая сила невелика, будет иметь место стадия I (бетон и арматура работают при этом совместно), затем, с увеличением нагрузки, в бетоне появляются трещины. В местах, где образовались трещины, работает только арматура, а на участках между трещинами арматуре помогает растянутый бетон (стадия II). С дальнейшим увеличением силы напряжения в арматуре достигнут ее предельного сопротивления, т. е. наступит стадия III.

Три стадии напряженно-деформированного состояния

Рассмотрим три характерных стадии напряженно-деформированного состояния в зоне чистого изгиба железобетонного элемента при постепенном увеличении нагрузки. Рассмотрим ж/б балку свободно лежащую на 2-х опорах.

I стадия. В начале I стадии бетон растянутой зоны сохраняет сплошность, работает упруго, эпюры нормальных напряжений в бетоне сжатой и растянутой зон близки к треугольным (рис. 20, а). Усилия в растянутой зоне воспринимает в основном бетон. Напряжения в арматуре незначительны.

Стадия I – стадия упругой работы элемента. С увеличением нагрузки развиваются неупругие деформации растянутой зоны, эпюра напряжений становится криволинейной. Величина напряжений приближается к временному сопротивлению бетона на осевое растяжение. Конец I стадии наступает, когда деформации крайних волокон достигнут предельной растяжимости. Вместо криволинейной эпюры напряжений в растянутой зоне для упрощения принимают прямоугольную с ординатой Rbtn (Rbt,ser).

а) б)

а – начало I стадии; б – конец I стадии.

По I стадии рассчитывают элементы на образование трещин и деформации – до образования трещин.

II стадия. При дальнейшем увеличении нагрузки в бетоне растянутой зоны интенсивно образуются и раскрываются трещины. В местах трещин растягивающие усилия воспринимает арматура и бетон над трещиной под нулевой линией. На участках между трещинами – арматура и бетон работают совместно.

По мере возрастания нагрузки напряжения в арматуре приближаются к пределу текучести Rs, т.е. происходит конец II стадии.

Эпюра нормальных напряжений в бетоне сжатой зоны по мере увеличения нагрузки за счет развития неупругих деформаций искривляется. Стадия II сохраняется значительное время, характерна для эксплуатационных нагрузок.

По II стадии рассчитывают величину раскрытия трещин и кривизну элементов.

III стадия.Стадия разрушения элемента. Самая короткая по продолжительности. Напряжения в арматуре достигают предела текучести, а в бетоне – временного сопротивления осевому сжатию. Бетон растянутой зоны из работы элемента почти полностью исключается.

2 характерных случая разрушения:

1. Пластический характер разрушения. Начинается с проявления текучести арматуры, вследствие чего быстро растет прогиб и развиваются трещины. Участок элемента, на котором наблюдается текучесть арматуры и пластические деформации сжатого бетона, искривляется при постоянном предельном моменте. Такие участки называются пластическими шарнирами.

Напряжения в сжатой зоне бетона достигают временного сопротивления сжатию и происходит его раздробление.

2. При избыточном содержании растянутой арматуры происходит хрупкое (внезапное) разрушение от полного исчерпания несущей способности сжатой зоны бетона при неполном использовании прочности растянутой арматуры.

Читать еще:  Ползучесть бетона в железобетонных конструкциях

III стадия используется в расчетах на прочность.

7. Методы расчета сечений ж/б элементов

1. Метод расчета по допускаемым напряжениям: За основу взята стадия II ндс и приняты следующие допущения: 1) бетон растянутой зоны не работает, растягивающее напряжение воспринимается арматурой; 2) бетой сжатой зоны работает упруго, а зависимость между напряж-ми и деф-ми линейная согласно закону Гука; 3) нормальные к продольной оси сечения плоские до изгиба остаются плоскими после изгиба, т. е. гипотеза плоских сечений. Как следствие этих допущений, в бетоне сжатой зоны принимается треугольная эпюра напряжений и постоянное значение отношения модулей упругости материалов α=Es/Eb. Рассм-ся приведенное однородное сечение, в котором площадь сечения арматуры As заменяется площадью сечения бетона, равной α×As.

Основной недостаток — бетон рассматривается как упругий материал. Действительное распределение напряжений в бетоне по сечению в стадии II не отвечает треугольной эпюре напряжений, а α— число не постоянное, зависящее от значения напряжения в бетоне, продолжительности его действия и других факторов.

2. Метод расчета сечений по разрушающим усилиям: исходит из стадии III ндс при изгибе. Работа бетона растянутой зоны не учитывается. В расчетные формулы вместо допускаемых напряжений вводятся предел прочности бетона при сжатии и предел текучести арматуры. При этом отпадает необходимость в числе α. Эпюра напряжений в бетоне сжатой зоны вначале принималась криволинейной, а затем — прямоугольной. Усилие, допускаемое при эксплуатации конструкции, определяется делением разрушающего усилия на общий коэффициент запаса прочности k. Для изгибаемых элементов: М=Мр/k; для сжатых: N=Np/k.

Метод расчета по разрушающим усилиям учитывает упругопластические свойства железобетона. Преимуществом этого метода по ср-ю с методом расчета по допускаемым напряжениям является возможность определения близкого к действительности общего коэффициента запаса прочности. При расчете в ряде случаев получается меньший расход арматурной стали по сравнению с расходом стали по методу допускаемых напряжений. Н-р, в изгибаемых элементах сжатая арматура по расчету обычно не требуется.

Недостаток — возможные отклонения фактических нагрузок и прочностных характеристик материалов от их расчетных значений не могут быть явно учтены при одном общем синтезирующем коэффициенте запаса прочности.

3. Метод расчета железобетонных конструкций по предельным состояниям -При расчете по этому методу четко устанавливают предельные состояния конструкций и используют систему расчетных коэффициентов, введение которых гарантирует, что такое состояние не наступит при самых неблагоприятных сочетаниях нагрузок и при наименьших значениях прочностных характеристик материалов.

Для предельных состояний I группы условие прочности обеспечивается, если усилие, возникающее в элементе от внешних воздействий, не будет превышать предельного усилия, которое может выдержать элемент, т. е. при соблюдении неравенства: , где F – усилие от расчетных нагрузок (M, N или Q); Fu – предельное усилие, которое может выдержать элемент (минимальная несущ. способность сечения элемента).

По II группе предельных состояний выполняют расчеты по образованию трещин, раскрытию трещин и расчет по перемещениям. 1) , где F – усилие от нормативных нагрузок (M или N); Fcrc – внутреннее усилие, которое может выдержать элемент перед образованием трещин, т.е. при напряжениях в растянутой зоне сечения равных Rbtn. 2) , где acrc – расчетное значение ширины раскрытия трещины; acrc,u – предельно допустимая ширина раскрытия трещины. 3) , где f – прогиб элемента от внешних воздействий; fu –предельный прогиб элемента, допустимый по усл. Эксплуатации

8. Две группы предельных состояний

Предельными считаются состояния, при которых конструкции перестают удовлетворять предъявляемым к ним в процессе эксплуатации требованиям, т.е. теряют способность сопротивляться внешним нагрузкам и воздействиям или получают недопустимые перемещения или чрезмерно раскрытые трещины.

Железобетонные конструкции должны удовлетворять требованиям расчета по двум группам предельных состояний.

Предельные состояния I группы(по несущей способности):

· потеря прочности или несущей способности вследствие разрушения бетона или разрыва арматуры;

· потеря устойчивости формы конструкции;

· усталостное разрушение(расчет на выносливость под действием многократно повторяющейся подвижной или пульсирующей нагрузки).

· Разрушение от совместного воздействия силовых факторов и неблагоприятных влияний внешней среды(агрессивность)

Предельные состояния II группы(группа непригодности к нормальной эксплуатации):

· чрезмерные прогибы или выгибы;

· чрезмерное раскрытие трещин.

Расчет по предельным состояниям конструкции производят для всех стадий: изготовление, хранение, транспортирование, монтаж и эксплуатация.

Усилия в статически-неопределимых конструкциях определяют с учетом неупругих деформаций бетона и арматуры, что очень существенно при длительном воздействии нагрузки, а также учитывается перераспределение усилий.

Три стадии напряженно-деформированного состояния железобетонных элементов при изгибе.

Стадия 1. В начале I стадии бетон растянутой зоны сохраняет сплошность, работает упруго, эпюры нормальных напряжений в бетоне сжатой и растянутой зон близки к треугольным. Усилия в растянутой зоне воспринимает в основном бетон. Напряжения в арматуре незначительны. Стадия I – стадия упругой работы элемента. С увеличением нагрузки развиваются неупругие деформации растянутой зоны, эпюра напряжений становится криволинейной. Величина напряжений приближается к временному сопротивлению бетона на осевое растяжение. Конец I стадии наступает, когда деформации удлинения крайних волокон достигнут (предельная растяжимость). Вместо криволинейной эпюры напряжений в растянутой зоне для упрощения принимают прямоугольную с ординатой Rbtn (Rbt,ser).

Читать еще:  Закон ускорения ритма истории

Стадия 2. В бетоне растянутой зоны интенсивно образуются и раскрываются трещины. В местах трещин растягивающие усилия воспринимает арматура и бетон над трещиной под нулевой линией. На участках между трещинами – арматура и бетон работают еще совместно.

По мере возрастания нагрузки напряжения в арматуре приближаются к пределу текучести Rs, т.е. происходит конец II стадии. Эпюра нормальных напряжений в бетоне сжатой зоны по мере увеличения нагрузки за счет развития неупругих деформаций искривляется. Стадия II сохраняется значительное время, характерна для эксплуатационных нагрузок.По II стадии рассчитывают величину раскрытия трещин и кривизну элементов.

Стадия 3. Стадия разрушения элемента. Самая короткая по продолжительности. Напряжения в арматуре достигают предела текучести, а в бетоне – временного сопротивления осевому сжатию. Бетон растянутой зоны из работы элемента почти полностью исключается. III стадия используется в расчетах на прочность.

случай 1Начинается с проявления текучести арматуры, вследствие чего быстро растет прогиб и развиваются трещины. Участок элемента, на котором наблюдается текучесть арматуры и пластические деформации сжатого бетона, искривляется при постоянном предельном моменте. Такие участки называются пластическими шарнирами. Напряжения в сжатой зоне бетона достигают временного сопротивления сжатию и происходит его раздробление.

Разрушение носит пластический характер.

случай 2— Вначале происходит исчерпание несущей способности сжатой зоны бетона, затем усилия резко передаются на растянутую арматуру, которая разрушается от мгновенной перегрузки. Прочность арматуры используется не полностью. Имеет место при избыточном содержании растянутой арматуры. Разрушение носит хрупкий характер. Т.к. разрушение по 1-му случаю носит пластический характер, происходит постепенно, то железобетонные элементы следует проектировать так, чтобы разрушение происходило по случаю 1

Граничная высота сжатой зоны (xR ) –это наибольшая высота сжатой зоны, при которой удается полностью использовать прочностные свойства арматурной стали в сечении. , при которой растягивающие напряжения в арматуре начинают достигать предельных значений , зависит от класса бетона и класса арматуры.

При ξ > ξR принимается двойное армирование

При ξ xR) (или что, то же самое (ξ >ξR)) означает переармирование элемента. Этот расчетный случай нормы не рекомендуют, ввиду неполного использования резерва прочности дорогостоящей арматуры.

Три стадии напряженно-деформированного состояния железобетонных элементов при изгибе.

Рассмотрим три характерных стадии напряженно-деформированного состояния в зоне чистого изгиба железобетонного элемента при постепенном увеличении нагрузки.

I стадия. В начале I стадии бетон растянутой зоны сохраняет сплошность, работает упруго, эпюры нормальных напряжений в бетоне сжатой и растянутой зон близки к треугольным (рис. 20, а). Усилия в растянутой зоне воспринимает в основном бетон. Напряжения в арматуре незначительны.

Стадия I – стадия упругой работы элемента. С увеличением нагрузки развиваются неупругие деформации растянутой зоны, эпюра напряжений становится криволинейной (рис. 20, б). Величина напряжений приближается к временному сопротивлению бетона на осевое растяжение. Конец I стадии наступает, когда деформации удлинения крайних волокон достигнут (предельная растяжимость). Вместо криволинейной эпюры напряжений в растянутой зоне для упрощения принимают прямоугольную с ординатой Rbtn (Rbt,ser).

а) б)

Рис. 20. I стадия НДС:

а – начало I стадии; б – конец I стадии.

По I стадии рассчитывают элементы на образование трещин и деформации – до образования трещин.

II стадия. В бетоне растянутой зоны интенсивно образуются и раскрываются трещины. В местах трещин растягивающие усилия воспринимает арматура и бетон над трещиной под нулевой линией. На участках между трещинами – арматура и бетон работают еще совместно.

По мере возрастания нагрузки напряжения в арматуре приближаются к пределу текучести Rs, т.е. происходит конец II стадии.

Эпюра нормальных напряжений в бетоне сжатой зоны по мере увеличения нагрузки за счет развития неупругих деформаций искривляется (рис. 21). Стадия II сохраняется значительное время, характерна для эксплуатационных нагрузок.

III стадия.Стадия разрушения элемента. Самая короткая по продолжительности. Напряжения в арматуре достигают предела текучести, а в бетоне – временного сопротивления осевому сжатию. Бетон растянутой зоны из работы элемента почти полностью исключается.

2 характерных случая разрушения:

1. Пластический характер разрушения.

Начинается с проявления текучести арматуры, вследствие чего быстро растет прогиб и развиваются трещины.

Участок элемента, на котором наблюдается текучесть арматуры и пластические деформации сжатого бетона, искривляется при постоянном предельном моменте (рис. 22, а). Такие участки называются пластическими шарнирами.

Напряжения в сжатой зоне бетона достигают временного сопротивления сжатию и происходит его раздробление.

2. При избыточном содержании растянутой арматуры происходит хрупкое (внезапное) разрушение от полного исчерпания несущей способности сжатой зоны бетона при неполном использовании прочности растянутой арматуры (рис. 22, б).

III стадия используется в расчетах на прочность.

Рис. 22. III стадия НДС:

а – 1 случай разрушения; б – 2 случай разрушения.

Папиллярные узоры пальцев рук — маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни.

Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим.

Опора деревянной одностоечной и способы укрепление угловых опор: Опоры ВЛ — конструкции, предназначен­ные для поддерживания проводов на необходимой высоте над землей, водой.

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector
×
×