Экспериментальные исследования сталежелезобетонных изгибаемых конструкций при длительном действии нагрузок

УДК624.012.35/45

Ф. С. Замалиев - кандидат технических наук, доцент Ш.Н. Хайрутдинов - инженер

Казанский государственный архитектурно-строительный университет

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СТАЛЕЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ИЗГИБАЕМЫХ КОНСТРУКЦИЙ ПРИ ДЛИТЕЛЬНОМ ДЕЙСТВИИ НАГРУЗОК

АННОТАЦИЯ

Целью настоящих экспериментальных исследований являлась оценка влияния длительных нагружений на напряженно-деформированное состояние сталежелезобетонных балок. Выявлены закономерности распределения: деформаций по высоте сечения для каждой серии балок; сдвиговых деформаций на границе «сталь-бетон»; прогибов балок в зависимости от степени податливости стыка. Приведены диаграммы смещений и прогибов в зависимости от длительности нагружения.

F.S. Zamaliev - candidate of technical science, associate professor Sh.N. Khayrutdinov - engineer

Kazan State University of Architecture and Engineering

THE EXPERIMENTAL INVESTIGATION OF COMPOSITE STEEL AND CONCRETE BENDING CONSTRUCTIONS UNDER SUSTAINED LOADS

ABSTRACT

The purpose of this experimental investigation is the estimation of the influence of sustained loads upon the stressed and deformed condition of composite steel and concrete beams. The following patterns have been revealed: the strain distribution throughout the section for each beam series; the shearing strain distribution of steel-concrete connection; the bending deflection distribution subject to connection compliance degree. The diagrams of displacements and deflections depending on load duration are given.

Работа сталежелезобетонных конструкций при длительных нагружениях в настоящее время недостаточно изучена, поэтому необходимы исследования их напряженно-деформированного состояния при длительных нагружениях.

Целью настоящих экспериментальных исследований являлась оценка влияния длительных нагружений на прочность, деформативность и напряженно-деформированное состояние

сталежелезобетонной балки.

В качестве опытных образцов для испытания на малоцикловую прочность были запроектированы 12 сталежелезобетонных балок, составленных из двутавра №12 (сталь С 245) длиной 2000 мм и бетонной плиты размерами 2000x400x50 мм. Соединение стальной балки и бетонной плиты осуществлялось путём установки вертикальных анкеров высотой 40 мм, изготовленных из арматурных стержней четырех видов:

0 6 А-III, 0 8 А-III, 010 А-I, 010 А-III.

Были разбиты на четыре группы, по 3 в каждой группе, в соответствии с видом использованного анкера. Анкеры на балках приварены в два ряда с помощью электродуговой сварки, в крайних третях

(длиной по 700 мм) шаг принят равным 100 мм, а в средней части (длиной 600 мм) - 150 мм.

Формирование опытных образцов проводилось в опалубках, путём заливки стальных балок бетоном класса В30, с одновременным армированием верхней

части плиты сеткой из проволоки 04 Вр-1 и последующим уплотнением глубинным вибратором.

В качестве схемы нагружения выбрана схема в виде свободноопертой балки, нагруженной в третях пролета двумя сосредоточенными силами, расчетным пролетом 1900 мм. Нагрузка на балку передавалась посредством металлической траверсы в двух точках,

через два катка 0 40 мм и длиной 400 мм, один из которых неподвижен. Нагрузку прикладывали по «рычажной» схеме.

В процессе испытания измерялись деформации бетона и стали в зоне чистого изгиба, деформации сдвига вдоль границы «сталь-бетон», а также прогибы в середине пролета балки. Деформации материалов замерялись электротензодатчиками (с использованием автоматического измерителя деформаций - АИД-3); прогибы - линейкой и струной, натянутой между «крепежами», закрепленными на уровне опор балки;

Таблица

№ Марка Серия Вид анкера Материал маркера

1 БМ-10 1 0 6 A-III

2 БМ-11 0 6 A-III

3 БМ-12 0 6 A-III

4 БМ-25 2 0 8 A-III

5 БМ-26 0 8 A-III

6 БМ-27 0 8 A-III

7 БМ-40 3 0 10 A-I

8 БМ-41 0 10 A-I

9 БМ-42 0 10 A-I

10 БМ-52 4 0 10 A-III

11 БМ-53 0 10 A-III

12 БМ-54 0 10 A-III

сдвиг контакта «сталь-бетон», сжатие бетона и растяжение стальной части балки - индикаторами часового типа.

Оценка воздействия длительной нагрузки производилась путем сравнения несущей способности исследуемого образца при действии длительной нагрузки, с ее несущей способностью при приложении кратковременной статической разрушающей нагрузки (данные взяты из результатов экспериментальных исследований других авторов).

Исследуемые образцы находились под воздействием нагрузки в течение шести месяцев, при этом длительная нагрузка Ртах принималась в пределах

0,85-0,95Рразркрат. В конце испытаний нагрузку на образцы увеличивали, доводя их до физического

разрушения. Одновременно с измерением деформаций и прогибов проводилось наблюдение за характером образования и раскрытия трещин.

Во всех случаях опытные образцы сталежелезобетонных балок разрушались по нормальному сечению в зоне чистого изгиба из-за местного раздробления бетона сжатой зоны бетонной плиты вследствие развития пластических деформаций в нижней части стальной балки. При этом наблюдалось образование продольной вертикальной трещины в верхней части бетонной плиты по всей длине балки и нормальных трещин в нижней части плиты в зоне чистого изгиба. В нескольких образцах с наиболее податливыми анкерными связями происходил срез анкеров в приопорной части балки и отрыв бетонной

s

о

ю"

8. 0

С 0;

0 0

Прогибы

т

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 время, недели

Рис. 1

2

Диаграмма сдвига по границе бетон-сталь по длине балки

время, недели

Рис. 2

полки от стальной части. В целом, для всех четырех групп характерно значительное увеличение прогибов в начальных циклах нагружения, дальнейший их медленный равномерный рост, с потерей несущей способности после приложения разрушающей нагрузки. Распределения деформаций по высоте сечения во время действия длительной нагрузки во всех группах характеризуются эпюрой, близкой к треугольной, без разрыва совместности деформаций на контакте «сталь-бетон», который происходил уже непосредственно перед загружением балки дополнительной нагрузкой до разрушения.

Наименьший сдвиг по границе сталь-бетон, а, соответственно, и наибольшую несущую способность

показали балки с анкерами 010 A-III. Далее по

убывающей - 0 8 A-III. Замыкают группу балки с

анкерами 0 6 А-III и 010 A-I.

Динамика развития смещения на границе стальбетон во всех группах схожа, за исключением некоторых нюансов.

Изменение сдвиговых деформаций с течением времени представлено на рисунке 2. Характер диаграммы изменения «сдвига» по длине балки существенно не меняется от вида используемого анкера.

Прогибы, в зависимости от типа балки, на первой неделе составляли 1/150Ь - 1/100Ь, а к моменту разрушения 1/70Ь - 1/40Ь; «выпрямления» балки при снятии нагрузки после разрушения не наблюдалось, что подтверждает пластическую работу материалов сталежелезобетонных балок.

Литература

1. Ржаницын А.Р. Составные стержни и пластины. -М.: Стройиздат, 1986. - 314 с.

2. Ржаницын А.Р. Теория ползучести. - М.: Стройиздат, 1968. - 416 с.

3. Прокопович И.Е., Зедгенидзе В.А. Прикладная теория ползучести. - М.: Стройиздат, 1980. - 240 с.

4. Замалиев Ф.С. Сталежелезобетонные конструкции. Новые методы расчета. - Казань, 1997. - 51 с.