Характер трещинообразования коротких железобетонных балок при разрушении по сжатой зоне

В статье представлены максимально подробные сведения о развитии трещин в коротких железобетонных балках при разрушении опытных образцов по сжатой зоне. При обработке результатов испытаний ставилась задача — описать и проанализировать характер образования и развития трещин при изменении пролета среза 0,25£a/h₀ £1,5.

Опытные образцы коротких балок проектировались прямоугольного сечения с размерами 25х40 см, длина образцов изменялась в соответствии с пролетом среза. Бетон принимался класса В 25, арматура класса А III. Все образцы коротких балок имели одинаковое количество растянутой продольной арматуры m_s=0,85 % [1, 2].

При увеличении пролета среза характер образования и развития трещин изменялся следующим образом. Как правило, первыми появляются трещины в растянутой зоне в середине пролета, назовем их трещинами Т–Р (рис.1). С увеличением уровня нагружения эти трещины развиваются слабо. После образования вертикальных трещин, с дальнейшим увеличением нагрузки, появляются наклонные трещины. Эти трещины имеют примерно одинаковый угол наклона. Характер расположения наклонных трещин Т–Г (рис.1) меняется. Они могут выделять сжатую зону бетона как с внутренней, так и с внешней стороны, либо только с одной стороны. Момент активного развития наклонных трещин наступает при нагрузке 0,85–0,9 от разрушающей.

Рис. 1. Классификация трещин коротких балок

Следует отметить некоторые особенности в образовании трещин в балках с пролетом среза a/h₀£0,5. Прежде всего это касается балки Б–1 с a/h₀=0,25 (рис. 2). В отличие от других образцов, в данной балке вертикальные трещины отсутствовали, при нагрузке 0,87 от разрушающей возникла наклонная трещина, проходящая между центрами приложения сил (Т–О), в средней части балки. В момент образования длина тещины составила 0,6 высоты образца, ширина a_crc=1,3 мм. Перед разрушением образца у грузовой площадки появились симметричные относительно оси приложения нагрузки короткие наклонные трещины, выделяющие сжатую бетонную полосу с внешней стороны у верхней грани балки [2,3].

Б–1 a/h₀=0,25

Б–2 a/h₀=0,5

Б–3 a/h₀=0,75

Рис. 2. Фотографии опытных образцов коротких балок Б-1 — Б-3

В балке Б–2 с a/h₀=0,5 (см. рис. 2) одновременно с наклонной возникает вертикальная трещина при нагрузке 0,7 от разрушающей. В дальнейшем трещина Т–Р практически не развивается, и длина ее к моменту разрушения образца составляет 0,25 от высоты. Наклонная трещина образуется в средней части балки, в зоне бетона, находящейся между грузовой и опорными площадками, в момент образования a_crc=0.05 мм. При дальнейшем росте нагрузки трещина интенсивно развивается к центрам приложения сил, перерастая в серию разветвленных трещин. К моменту разрушения появляются характерные трещины (рис. 2), выделяющие сжатую зону бетона как с внешней, так и с внутренней стороны.

В балке Б–3 с пролетом среза a/h₀=0,75 (рис. 2) первыми возникают две вертикальные трещины, симметрично расположенные относительно центральной оси балки, при нагрузке 0,4 от разрушающей. В момент образования длина трещины типа Т–Р составила 0,3 от высоты балки, ширина раскрытия трещины a_crc=0,05мм. К моменту разрушения длина трещины составляет 0,4 от высоты балки, а ширина раскрытия трещины a_crc=0,1 мм. При нагрузке, равной 0,6 от разрушающей, образуются наклонные-граничные трещины, выделяющие сжатую зону бетона с внутренней стороны (Т–Г). Трещины начинаются у внутреннего края опорных площадок и направлены к центру приложения внешней силы. На момент образования длина трещины составила 0,8 от высоты, ширина раскрытия трещины acrc=0,15. С дальнейшим увеличением нагрузки трещины интенсивно развиваются к центрам приложения сил, перерастая в серию разветвленных трещин.

В балке Б–4 с пролетом среза a/h₀=1 (рис. 3) характер образования и развития трещин в бетоне такой же, как и в балке Б–3 [4, 5].

При увеличении пролета среза до 1,5, в растянутой зоне появляется большее количество вертикальных трещин, которые с увеличением вертикальной нагрузки приобретают наклонную траекторию, направленную к центру приложения внешней силы, и переходят в наклонную трещину, выделяющую сжатую зону бетона с внутренней стороны. В образце Б–5 с a/h₀=1,25 вертикальные трещины типа Т–Р появляются при нагрузке 0,4 от разрушающей (рис. 3), длина их составляет 0,3 от высоты, a_crc=0,05 мм. В момент разрушения длина трещины составляет 0,6 от высоты, а ширина раскрытия a_crc=0,1 мм. При нагрузке, равной 0,56 от разрушающей, образуются наклонные граничные трещины длиной 0,8 от высоты балки.

В образце Б–6 с a/h₀=1,5 (рис. 3) вертикальные трещины появляются при нагрузке 0,3 от разрушающей, длина трещины в момент образования составляет 0,3 высоты балки, ширина раскрытия трещины a_crc=0,05 мм. к моменту разрушения длина трещины составляет 0,6 высоты, acrc=0,1 мм. Наклонная граничная трещина Т–Г образуется при нагрузке 0,45 от разрушающей, длина в момент образования составляет 0,8 высоты балки.

Б–4 a/h₀=1

Б–5 a/h₀=1,25

Б–6 a/h₀=1,5

Рис. 3. Фотографии опытных образцов коротких балок Б-4 — Б-6

Выводы:

-          выявлено четыре вида характерных трещин: наклонные трещины, выделяющие сжатую полосу бетона, вертикальные трещины в бетоне растянутой зоны, серия наклонных прерывистых трещин, характерных при раздавливании бетона и наклонные трещины, расположенные внутри сжатой наклонной полосы;

-          в балках с пролетом среза a/h₀ от 1 до 1,5, так же как и в балках с a/h₀£1, выявлено два вида разрушения — разрушение по наклонной сжатой бетонной полосе и по растянутому арматурному поясу;

-          с увеличением пролета среза от 0,25 до 1,5 разрушающее усилие снижается в 1,6 раза, усилие образования трещин — в 2,3 раза, максимальная величина раскрытия трещин составляет 0,8–1,3 мм.

Литература:

1.                  Скачков Ю. П. Определение схем разрушения и трещинообразования коротких железобетонных балок по экспериментальным данным / Ю. П. Скачков, О. В. Снежкина, М. В. Кочеткова, А. В. Корнюхин// Региональная архитектура и строительство. — 2013. — № 3. — С.74–82.

2.                  Скачков Ю. П., Снежкина О. В., Кочеткова М. В., Корнюхин А. В. Особенности напряженно-деформированного состояния коротких железобетонных элементов / «Молодой ученый. — № 12(59), 2013. — с.172–178.

3.                  Ладин Р. А., Снежкина О. В., Кочеткова М. В., Корнюхин А. В. Характер напряженно-деформированного состояния коротких балок, армированных хомутами / Новый университет. — № 10(20), 2013. –с.51–56.4

4.                  Снежкина О.В, Кочеткова М. В., Корнюхин А. В., Ладин Р. А. Экспериментально-теоретические исследования коротких железобетонных балок/ Новый университет. — № 8–9(18), 2013. –с.53–57.

5.                  Снежкина О. В., Кочеткова М. В., Корнюхин А. В., Ладин Р. А. Расчет прочности железобетонных балок со средним пролетом среза // Региональная архитектура и строительство. № 1(18), 2014. — C. 118–123.