Ключевые слова: железобетонная балка, поперечная сила, факторы.
Построение общей расчетной модели, адекватно описывающей сопротивление конструкции действию среза в комбинации с изгибом и продольными усилиями, является одной из сложных задач теории железобетона. Метод расчета, принятый в действующих российских нормах, имеет ряд недостатков. Для правильного выполнения расчета необходимо знать закономерности процессов образования трещин и разрушения, а также факторы, которые влияют на несущую способность, напряженно-деформированное состояние и внутренние усилия, действующие в наклонных сечениях. Основную информацию обо всем перечисленном дает анализ результатов экспериментов [2].
Общий характер образования трещин иразрушения конструкций взоне действия поперечных сил
При постепенном загружении нормальные трещины образуются сначала в зоне чистого изгиба, затем в зоне совместного действия изгибающих моментов поперечных сил — в так называемом пролете среза балки. По мере возрастания нагрузки они развиваются следующим образом: в зоне чистого изгиба — не изменяя первоначального направления; в пролете среза — отклоняясь в сторону приложения сосредоточенной силы и постепенно переходя в наклонные. На определенном этапе загружения образуется второй вид наклонных трещин — в середине высоты сечения балки над существующими нормальными трещинами либо в зоне, где их нет. При постепенном увеличении нагрузки наклонные трещины развиваются по направлению к сжатой и растянутой граням балки, одна из них — критическая, раскрывается интенсивнее, в дальнейшем по ней будет происходить разрушение. Существуют две основные формы разрушения балок по наклонной трещине: первая — характеризуется мгновенным раскрытием наклонной трещины с последующим разрушением сжатого бетона над ее крайней точкой от опоры — разрушение по сжатой зоне; вторая — мгновенным раскрытием наклонной трещины с учетом текучести продольной арматуры или исчерпания прочности анкеровки арматуры за опорой — по растянутой зоне. В обоих случаях напряжения в поперечной арматуре достигают состояния текучести.
Факторы, влияющие на характер трещинообразования, разрушения инесущую способность
Современный уровень развития методов расчета позволяет учесть все факторы, влияющие на несущую способность и их взаимодействие в различных случаях. Основываясь на данных экспериментов, некоторые факторы, оказывающие наибольшее влияние на несущую способность условно разделены на две группы: первая — факторы от внешнего воздействия, такие как условие опирания и схема загружения, вид и режим действия поперечной нагрузки, факторы окружающей среды; вторая — конструктивные факторы — поперечное и продольное армирование, геометрия поперечного сечения элемента, класс бетона, условия анкеровки арматуры, ее сцепление с бетоном и т. д. [1,с.54–56]
К факторам внешнего воздействия относят следующее: вид приложенной поперечной нагрузки — сосредоточенная или равномерно распределенная; режим действия нагрузки — статическая, динамическая или многократно повторяющаяся; силовые факторы, действующие совместно с поперечными силами,- изгибающие и крутящие моменты, продольные силы; факторы влияния окружающей среды — высокие значения положительных и отрицательных температур, а также агрессивное действие воды. [1, с.54–56]
Загружение сосредоточенными силами — наиболее распространенный вид фактического загружения свободно опертой балки. Определяющий параметр — расстояние от опоры до точки приложения нагрузки, или пролет среза, длина которого существенно влияет на характер трещинообразования, форму разрушения и несущую способность балки. Таким образом, длина пролета среза, которую принято относить к рабочей высоте h0 определяет соотношение между максимальными значениями изгибающего момента и поперечной силы, действующими в сечениях балки (a/h0 = M/Qh0).
Загружение равномерно распределенной нагрузкой не вносит принципиальных изменений в описанные закономерности процессов трещинообразования и разрушения при действии на элемент сосредоточенных сил. Вследствие того, что при загружении равномерно распределенной нагрузкой поперечные силы действуют по всей длине балки, большинство нормальных трещин по мере развития отклоняются к середине пролета и постепенно переходят в наклонные. Наклон их возрастает с увеличением поперечной силы — от середины пролета к опоре.
В целом зависимость несущей способности от l/h0 носит такой же характер, как и в случае загружения сосредоточенными силами от a/h0, сохраняя общую тенденцию уменьшения несущей способности с увеличением l/h0 и переходом в дальнейшем к разрушению по нормальному сечению.
К конструктивным факторам, оказывающим существенное влияние на несущую способность при действии поперечных сил, оказывают: интенсивность поперечного армирования; прочность (класс) бетона; размеры и форма поперечного сечения; продольное армирование; анкеровка и сцепление продольной арматуры с бетоном; предварительное напряжение. С увеличением интенсивности поперечного армирования, диаметра поперечных стержней, уменьшением их шага или повышением прочности арматуры несущая способность повышается существенно (в 1,5...2 раза) по сравнению с несущей способностью элементов без поперечного армирования.
При разрушении элемента по наклонной трещине от раздробления или среза бетона сжатой зоны, рост несущей способности элемента в целом существенно отстает от роста прочности элемента на осевое растяжение Rbt, т. е. превалирующее влияние оказывает прочность бетона на растяжение.
Также стоит учесть возможность разрушения по растянутой зоне за наклонной трещиной при недостаточной анкеровке продольной арматуры у свободных краев консольных элементов, а также при обрыве продольной арматуры в пролете или у промежуточных опор неразрезных элементов. При частичном обрыве продольной арматуры в пролете разрушение по растянутой зоне может наступить в критической наклонной трещине, проходящей через конец обрываемого стержня, в результате текучести продольной арматуры и последующего раздробления бетона над наклонной трещиной.
Таким образом, с увеличением длины обрываемого стержня и приближением его конца к опоре несущая способность элемента увеличивается до тех пор, пока не произойдет переход к другой форме разрушения — по сжатой зоне над наклонной трещиной или по нормальному сечению.
Литература:
1. Кодыш Э. Н., Никитин И..К., Трекин Н. Н. Расчет железобетонных конструкций из тяжелого бетона по прочности, трещиностойкости и деформациям. — Монография. М.: Издательство Ассоциации строительных вузов, 2010.
2. Баширов Х. З., Клюева Н. В., Дородных А. А. Основные результаты экспериментальных исследований ширины раскрытия трещин железобетонных составных конструкций по наклонным сечениям // Научный вестник Воронежского ГАСУ. 2013. № 2 (30).
