Прочность сжато-растянутых полос бетона между трещинами при кратковременном динамическом нагружении

E.V. VASILYEVA

THE CALCULATION OF NATURAL VIBRATIONS OF A REINFORCED CONCRETE COLUMN STRENGTHENED BY JOINTING THE SECTION

The substantiations to the calculation scheme of a reinforced concrete column strengthened by joint of section are considered in the paper. A. Rjanitsin method of approximation of a continuous medium in a framed structure has been applied. The contact of an old concrete layer of a column with a concrete of an iron ring is imitated by a rod tie. The calculation of natural vibrations of a column using two calculation schemes has been made. In the first case the construction has been continuous. It consists of an old column, intermediate layer and a strengthening iron ring. In the second model a rod system has been used as an intermediate layer.

УДК 624.012.042.8.001.2

З.Р. ГАЛЯУТДИНОВ, канд. техн. наук,

ТГАСУ, Томск

ПРОЧНОСТЬ СЖАТО-РАСТЯНУТЫХ ПОЛОС БЕТОНА МЕЖДУ ТРЕЩИНАМИ ПРИ КРАТКОВРЕМЕННОМ ДИНАМИЧЕСКОМ НАГРУЖЕНИИ

В работе приведены результаты экспериментальных исследований, направленных на изучение особенностей деформирования железобетона при кратковременном динамическом нагружении. В результате проведенных экспериментальных исследований железобетонных дисков, находящихся в условиях двухосного напряженно-деформированного состояния (сжатие-растяжение), получены данные о прочности и деформативности блоков бетона между трещинами. На основе полученных опытных данных предложена зависимость по определению прочности полос бетона между трещинами при кратковременном динамическом нагружении.

Создание эффективных методов динамического расчета железобетонных конструкций требует построения физической модели работы железобетона, наиболее полно учитывающей основные физические закономерности динамического деформирования железобетона на всех стадиях работы конструкции. Такая модель должна обеспечивать наглядность расчета, давать четкие представления о характере деформирования и разрушения конструкции.

В процессе деформирования в железобетонных конструкциях образуются трещины, разделяющие массив бетона на отдельные блоки, соединенные между собой арматурой. В конструкциях, работающих в условиях двухосного растяжения-сжатия, происходит образование одной магистральной или системы параллельных трещин. После возникновения трещины бетон не может воспринимать растягивающие усилия в направлении, перпендикулярном направлению трещины, поэтому все растягивающие усилия по этому направле-

© З.Р. Галяутдинов, 2007

нию передаются через арматуру. Усилия в ортогональном направлении воспринимаются полосами бетона между трещинами. При этом прочность полос бетона на сжатие снижается вследствие растяжения их в направлении, перпендикулярном трещине.

К настоящему времени в работах [1, 3, 4] изучено поведение полос бетона между трещинами при статическом нагружении. В этих исследованиях отмечено влияние таких факторов, как косая ориентация трещин по отношению к осям армирования, деформации арматуры, ширина раскрытия трещин и расстояние между трещинами на прочность и деформативность блоков бетона между трещинами. Тем не менее, до настоящего времени практически отсутствуют данные о прочности и деформативности блоков бетона между трещинами при кратковременном динамическом нагружении.

С целью изучения изменения прочности на сжатие полос бетона между трещинами при статическом и кратковременном динамическом нагружении были проведены экспериментальные исследования, результаты которых приведены в настоящей статье.

Для проведения экспериментальных исследований были запроектированы испытательный стенд и опытные образцы.

Опытные образцы представляют собой прямоугольные в плане железобетонные диски, армированные прямоугольной арматурной сеткой 0 8 А-111. Во всех образцах при бетонировании устанавливали целлулоидные (полиэтиленовые) прокладки, чтобы в дальнейшем при испытаниях в этих местах образовались трещины, разделяющие бетонные блоки. В образцах с а = 30° и а = 45° по наружным граням устанавливались металлические пластины, препятствующие взаимному смещению арматурных стержней (рис. 1, а).

Рис. 1. Схема испытаний образцов (а) и испытательный стенд (б):

1 - образец; 2 - трещины; 3 - блоки бетона между трещинами; 4 - рама; 5 -опорная подушка; 6 - распределительная подушка; 7 - резиновая прокладка (це-ментно-песчанный раствор); 8 - домкрат, создающий растягивающее усилие; 9 -тяги; 10 - груз; 11 - направляющие; 12 - траверса; 13 - силовой пол; 14 - сбрасывающее устройство; 15 - силоизмеритель

При исследовании прочности полос бетона между трещинами варьировались угол наклона арматурных стержней к направлению трещины (угол а, рис. 1, а) и уровень деформаций перпендикулярно трещине (вдоль оси п, рис. 1, а). В процессе испытаний нагрузка на образец прикладывалась в двух взаимно ортогональных направлениях. По одному из направлений образец подвергался растяжению, а по другому - сжатию (рис. 1, а). Растягивающие напряжения передавались полностью через арматуру. Сжимающие напряжения передавались на бетонные блоки между трещинами (поз. 3 рис. 1, б).

Сжимающие напряжения при кратковременном динамическом нагружении создавались за счет энергии падающего груза. Высота падения груза и его величина подбирались из условия упругопластического деформирования конструкции до полного исчерпания несущей способности.

Экспериментальные исследования позволили получить данные о характере деформирования и разрушения полос бетона между трещинами при статическом и кратковременном динамическом нагружении.

Анализ результатов проведенных экспериментальных исследований свидетельствует о том, что увеличение величины растягивающих деформаций образца перпендикулярно трещине приводит к значительному росту деформаций в арматуре как в трещине, так и на участках между трещинами. Арматура, воспринимающая растягивающие напряжения, нарушает структуру бетона, что приводит к снижению прочности полос бетона между трещинами (рис. 2, а).

Также следует отметить, что при практически одинаковых значениях полных деформаций элемента вдоль оси приложения растягивающей нагрузки прочность полос бетона между трещинами меняется в за-

Рис. 2. Изменение прочности растянуто-сжатых полос бетона между трещинами в зависимости от деформаций образца перпендикулярно трещине (а) и угла наклона арматурных стержней к трещине

висимости от угла наклона арматурных стержней к направлению трещины. С изменением угла наклона арматурных стержней а от 0 (90) до 45° прочность полос бетона уменьшается (рис. 2, б).

Результаты экспериментальных исследований сопоставлены с теоретическими и опытными данными других авторов (рис. 2). Величина коэффициента, учитывающего снижение прочности полос бетона при кратковременном динамическом нагружении, равна уЬр = , где - прочность полос бетона

между трещинами при кратковременном динамическом нагружении; ЯЬй -

призменная прочность бетона при кратковременном динамическом нагружении.

Из рис. 2 видно, что полученные опытные данные хорошо согласуются с результатами экспериментальных и теоретических исследований других авторов. Также можно отметить, что характер распределения прочности полос бетона между трещинами при кратковременном динамическом нагружении коррелирует с теоретическими и опытными данными, характеризующими прочность блоков бетона между трещинами при статическом нагружении. На основании обработки экспериментальных данных предложена зависимость для определения прочности полос бетона между трещинами при кратковременном динамическом нагружении

КрЛ = 205 вп + 0,9 = Кы 1 Ьр

где в п - деформации образца перпендикулярно трещине.

Таким образом, полученные результаты свидетельствуют о том, что прочность и деформативность сжато-растянутых полос бетона между трещинами зависит от ряда факторов, к которым относятся: деформации арматуры, угол наклона арматурных стержней к трещине, ширина раскрытия трещин и расстояние между трещинами. Влияние этих факторов косвенно может быть выражено через относительные деформации элемента. С увеличением относительных деформаций элемента прочность полос бетона падает до 2-2,5 раз, независимо от вида нагружения. Полученные опытные данные хорошо согласуются с результатами теоретических и экспериментальных данных других исследователей.

При построении физических моделей деформирования железобетона и выполнении расчетов плоских железобетонных элементов с трещинами необходимо учитывать особенности деформирования полос бетона между трещинами. Снижение прочности блоков бетона на сжатие при статическом нагружении может быть учтено зависимостью, предложенной в работе [2], а при кратковременном динамическом нагружении - при помощи выражения (1).

Библиографический список

1. Карпенко, Н.И. Общие модели механики железобетона / Н.И. Карпенко. - М. : Стройиз-дат, 1996. - 416 с.

2. Яременко, А.Ф. Прикладная теория длительного деформирования и сопротивления плоских железобетонных элементов: дис. ... д-ра техн. наук. - Одесса, 1987. - 500 с.

3. Яременко, А.Ф. Кратковременная и длительная прочность растянуто-сжатых дисков с трещинами / А.Ф. Яременко, В.С. Гапшенко // Бетон и железобетон, 1986. - № 12. -С. 23-24.

4. Elmorsi, M., Nonlinear Analysis of Cyclically Loaded Reinforced Concrete Structures / M. Elmorsi, M. Reza Kaanoush, W.K. Tso // Aci Structural Journal. - 1998. - Vol. 95. -№ 6. - P. 725-739.

Z.R. GALJAUTDINOV

DURABILITY OF THE COMPRESSED-TENSILE STRIPS OF CONCRETE BETWEEN CRACKS AT A SHORT-TERM DYNAMIC LOADING

The results of the experimental researches are presented in the paper. They are directed on studying of features of reinforced concrete at a short-term dynamic loading. As a result of the experimental investigations of the reinforced concrete strips, which are working in biaxial compressed-tensile condition,. the data about durability and a deformation property of strips of concrete between cracks were obtained. On the basis of the received experimental data the dependence of durability of strips of concrete between cracks at a short-term dynamic loading is offered.

УДК 624.012

М.А. ГРИНКЕВИЧ,

ТГАСУ, Томск

СОБСТВЕННЫЕ КОЛЕБАНИЯ МОДЕЛИ ПРОСТРАНСТВЕННОГО ЖЕЛЕЗОБЕТОННОГО СООРУЖЕНИЯ В ДЕФОРМИРУЕМОЙ СРЕДЕ

Обсуждаются результаты экспериментальных исследований и расчетов, выполненных для определения частот собственных колебаний пространственной железобетонной конструкции - модели реакторного отделения АЭС. Эксперименты и расчеты проведены для случаев, когда на модель действует воздушная ударная волна или некоторая последовательность нагрузок от поочередно проведенных взрывов. Рассмотрена расчетная схема модели реакторного отделения, заглубленной в песчаный грунт. Показана степень влияния песчаного грунта, в который была помещена модель на частоты ее собственных колебаний.

Исследования сооружений на действие аварийных динамических нагрузок связаны с разрешением ряда вопросов, касающихся определения параметров нагрузки и собственно динамических свойств объекта. Решения, оценивающие динамические свойства сооружения, наряду с задачей прочности имеют самостоятельное значение, причем в некоторых случаях они являются определяющими. Например, когда нагрузки или некоторая их последовательность не вызывают разрушений, а являются причиной чрезмерных смещений или ускорений, способных вызвать технологические аварии и вследствие это-

© М.А. Гринкевич, 2007