ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЧНОСТИ СТЕНКИ ДВУТАВРОВЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ БАЛОК ПРИ ДЕЙСТВИИ РАВНОМЕРНО-РАСПРЕДЕЛЕННОЙ НАГРУЗКИ

EXPERIMENTAL STUDIES OF THE STRENGTH OF THE WALL CONCRETE I-BEAMS UNDER THE ACTION OF UNIFORMLY-DISTRIBUTED LOAD

Abdulla Abdullayev

applicant, senior lecturer of the Department “Automobile roads and aerodromes” Makhachkala branch of Moscow automobile and road state technical University (MADI),

Russia, Republic of Dagestan, Makhachkala

АННОТАЦИЯ

Проведены экспериментальные исследования по изучению зависимости прочности стенки двутавровых железобетонных балок от длины при действии равномерно-распределенной нагрузки.

Экспериментальным путем установлено, что с уменьшением длины балок при действии равномерно-распределенной нагрузки, относительная прочность стенки увеличивается.

В результате сравнительного анализа результатов экспериментальных исследований выявлено, что прочность стенки двутавровых железобетонных балок при действии равномерно-распределенной нагрузки выше прочности аналогичных балок, испытанных при действии сосредоточенных сил.

ABSTRACT

 Experimental studies of the dependence of the strength of I-beams reinforced concrete walls length under the action of uniformly-distributed load.

We have found that with a decrease in the length of beams under the action of uniformly-distributed load, the relative strength of the wall increases.

As a result of comparative analysis of experimental results revealed that the strength of the wall concrete I-beams under the action of uniformly distributed loads higher than the strength of similar beams tested under the action of concentrated forces.

Ключевые слова: экспериментальные исследования, равномерно-распределенная нагрузка, двутавровые железобетонные балки, прочность стенки, длина балок, наклонные трещины, поперечная сила.

Keywords: experimental studies, uniformly distributed load, reinforced concrete I-beams, strength of walls, girders, inclined cracks, shear force.

Тонкостенные железобетонные балки, загруженные распределенной нагрузкой, достаточно часто встречаются в строительстве. Прочность таких конструкций в приопорных зонах, где поперечные силы имеют максимальные значения и наблюдается разрушение стенки, до настоящего времени практически мало изучена. Из отдельных экспериментов Ф. Леонгардта и Р. Вальтера [2] следует, что поперечные силы в зоне разрушения балок с распределенной нагрузкой примерно в 1,5 раза выше чем в аналогичных конструкциях, испытанных сосредоточенными силами.

Учитывая существенную зависимость прочности от характера загружения, с целью проверки и дополнения этих результатов, нами были проведены экспериментальные исследования прочности тонкостенных двутавровых балок различной длины, загруженных равномерно-распределенной нагрузкой. Были изготовлены и иcпытаны до разрушения 4 балки из тяжелого бетона с кубиковой прочностью 25,4 МПа и 27,7 МПа и длиной между опорами 4 h₀, 6 h₀, 8 h₀, 10h₀. Размеры поперечного сечения и армирование нижних полок 4Ø 16 А-500, верхних – 4Ø 16 А – 400, поперечное армирование стенки 2 Ø 6 А – 300 с шагом 8 см (рис. 1).

При изготовлении образцов особое внимание уделялось качеству заполнителей, тщательности подбора состава бетона, точности изготовления арматурных каркасов и самих образцов. В качестве заполнителей применялись промытый и фракционированный щебень крупностью 5÷15 мм, дробленный и промытый песок фракции 2,5÷ 5 мм и морской песок – 0÷ 1.25 мм. Бетон приготовлен на портландцементе марки 400 с введением 0,2 % добавки СДБ и осадку конуса 7÷ 9 см. Арматурные каркасы опытных образцов с целью обеспечения высокой точности, изготовлялись в специальных кондукторах, а сами балки в сборных металлических формах. Уплотнение бетона осуществлялось с помощью глубинного и площадочного вибраторов.

Для контроля прочности одновременно с балками изготовлялись кубы размером 15x15x15 см. и призмы 10x10x40 см. Фактические размеры образцов, призменная прочность бетона и опытные значения разрушающих усилий приведены в таблице 1.

Таблица 1.

Характеристики и результаты испытания опытных образцов балок

* – усилия в зоне разрушения приняты равными 80 % от Q_max на опоре

Все балки после набора прочности, были испытаны на специальной установке, где с помощью системы траверс имитировалась равномерно-распределенная нагрузка. Расстояние между силами принято 160 мм, кроме балки БД-III-1, где оно было равно 80 мм (Рис. 1). Нагрузка на опытные образцы создавалась с помощью 50-ти тонного домкрата и ручного гидравлического насоса, а измерение ее величины производилось по манометру.

Для замера деформаций поперечной и продольной арматур и измерения прогибов на опытные образцы устанавливались индикаторы часового типа ИЧ-2, ИЧ-10 (Рис. 1). Деформации укорочения бетона стенки между наклонными трещинами измерялись с помощью тензометрических датчиков, наклеенных на расстоянии h₀ от опоры под углом 45⁰ к продольной оси балок.

Рисунок 1. Схема испытания опытных образов балок

Первые наклонные трещины появились как правило в средней части по высоте стенки в приопорных зонах балок, где действуют максимальные поперечные силы. При дальнейшем нагружении в стенках балок образовывалось множество трещин, угол наклона которых изменялся от 90⁰ в середине пролета балки до 42⁰ ÷ 45⁰ в приопорных зонах. Усилия образования первых наклонных трещин в стенке составляли около 15÷20 % от разрушающих нагрузок.

Все опытные балки разрушились вследствие раздробления бетона стенки от сжатия на расстоянии (0,5÷1) h₀ от опоры при этом каких-нибудь признаков близости разрушения по наклонным сечениям не обнаружено и полки балок остались неповрежденными за исключением балки БД-III-4 с максимальной длиной l =10 h₀, где наблюдалось разрушение полки у опоры после раздробления бетона стенки (Рис 2).

Рисунок 2. Опытные образцы балок после испытания

По полученным результатам построена зависимость относительной прочности (Q/R_bbh₀) от относительной длины балок (l/h₀) (Рис. 3). Здесь же приведена опытная зависимость относительной прочности стенки от длины зоны среза (c/ h₀) по результатам испытаний аналогичных опытных образцов балок с μ_sw=1,5 % на действие двух сосредоточенных сил при длине зоны среза с =(1÷4) h₀, проведенных ранее [1]. Максимальные значения прочности балок обеих серий, очевидно имеет место при l/h₀ = 0, т. е. при местном сжатии. В зависимости от количества поперечного армирования значение 2Р/ R_bbh₀ для опытных образцов при местном сжатии изменяется от 0,8 (μ_sw=0) до 0,94 (μ_sw=1,5 %).

Как видно из рис. 3 и табл. 1, с уменьшением длины балок с распределенной нагрузкой от 10h₀ до 4h₀, относительная прочность стенки увеличивается примерно на 30 %. Прочность образцов при распределенной нагрузке на 25÷50 % выше прочности аналогичных балок с таким же поперечным армированием μ_sw=1,5 %, испытанных при действии сосредоточенных сил.

Рисунок 3. Зависимость относительной прочности стенки от длины балок с распределенной нагрузкой (1) и длины зоны среза балок с сосредоточенной нагрузкой (2)

Таким образом, можно сделать вывод о том, что характер нагрузки (распределенная или сосредоточенная) оказывает существенное влияние на прочность стенки двутавровых железобетонных балок.

Список литературы:

1. Алиев Г.С. Аваев Н.М., Абдуллаев А.Р. Экспериментальные исследования зависимости прочности стенок двутавровых железобетонных однопролетных и консольных балок от длины зоны среза при действии поперечных сил // Актуальные вопросы строительства: научно-тематич. сб. – Махачкала: ДГТУ, 2004. – С. 29–34.
2. Leonhardt F. und Walter R. Beiträge zur Behandlung der Schubprobleme im Stahlbetonbau. In.: “Beton und Stahlbetonbau”. 1983, Heft 8.