СПОСОБ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДИНАМИЧЕСКОГО ДОГРУЖЕНИЯ В ПРЕДНАПРЯЖЕННОЙ АРМАТУРЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ РАМНО-СТЕРЖНЕВЫХ КОНСТРУКТИВНЫХ СИСТЕМ
METHOD FOR EXPERIMENTAL DETERMINATION OF DYNAMIC LOADING IN STRESSED REINFORCEMENT OF REINFORCED CONCRETE ELEMENTS OF FRAME-BAR STRUCTURAL SYSTEMS

Предлагаемое изобретение относится к области строительства, в частности к испытаниям железобетонных рамно-стержневых конструктивных систем.
Известны способы испытания рамно-стержневых систем, заключающиеся в определении предельных деформаций сжатого и растянутого бетона; приращений прогибов ригелей в пролетах рамы [1, стр.171-191]; значений нагрузок и опорных моментов, характера трещинообразования и ширины раскрытия трещин при пошаговом статическом нагружении до момента разрушения конструкции [1, стр.207-229].
Недостатки известных способов заключаются в том, что невозможно оценить динамическое догружение в железобетонных элементах рамно-стержневых систем в запредельных состояниях и, соответственно, определить параметры динамического догружения, возникающего в преднапряженной рабочей арматуре таких систем, от внезапного хрупкого разрушения соединительного элемента в узле соединения стойки и ригеля и вызванного этим разрывом мгновенного образования трещин в железобетоне.
Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в повышении конструктивной безопасности и живучести конструкций путем более строгого учета динамических догружений и, соответственно, в определении динамического догружения в преднапряженной арматуре железобетонных элементов рамно-стержневых конструктивных систем в запредельных состояниях.
Это достигается тем, что способ экспериментального определения динамического догружения в преднапряженной арматуре железобетонных элементов рамно-стержневых конструктивных систем предусматривает закрепление опорных стоек и соединение их жестко с ригелями в узлах рамно-стержневой системы с помощью соединительных элементов, создание предварительного напряжения в рабочей арматуре ригеля, загружение рамно-стержневой системы заданной проектной статической нагрузкой, равной 0,95 от нагрузки трещинообразования, и от приложения указанной нагрузки создание хрупкого разрушения сварного соединительного элемента, калиброванного под заранее фиксированное усилие хрупкого разрыва по сварному шву, вызывающее динамическое догружение в предварительно напряженных элементах конструктивной системы, в результате которого растягивающее усилие в этих элементах приводит к образованию «фиксированной» трещины в зоне выреза, уменьшающем сечение бетона элемента, последующее измерение параметров созданного динамического догружения в преднапряженных арматурных стержнях.
c
д
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена схема испытания двухпролетной предварительно напряженной железобетонной рамно-стержневой системы с приложенной статической нагрузкой Р через рычажную систему; на фиг.2 - вид 1-1 схемы испытания двухпролетной предварительно наряженной железобетонной рамно-стержневой системы и узел (узел А) соединения двух ригелей (3) над промежуточной стойкой (2) системы с помощью прокалиброванного сварного соединительного элемента (9) с заданным фиксированным усилием хрупкого разрыва; на фиг.3 - фрагмент (узел Б) и поперечное сечение преднапряженного арматурного стержня (10) с указанием расстановки тензорезисторов (11); на фиг.4 - эпюры изгибающих моментов от заданной проектной статической (М) и запроектной динамической нагрузки (М), вызванной внезапным хрупким разрушением одного из соединительных элементов (9); на фиг.5 - схема статических усилий в предварительно напряженном железобетонном элементе от действия проектной статической нагрузки; на фиг.6, 7 - схема динамических усилий в предварительно напряженном железобетонном элементе в момент хрупкого разрушения соединительного элемента и мгновенного образования трещин в железобетоне.
Способ осуществляют следующим образом. Закрепляют опорные стойки (2) с помощью опорной балки (1), стоек с подкосами (7) и винтовых упоров (4). Соединяют ригели (3) и стойки (2) в узлах рамно-стержневой системы с использованием соединительных элементов, привариваемых к закладным деталям. Узел над промежуточной опорой (узел А) выполняют с помощью прокалиброванного сварного соединительного элемента (9) с заранее фиксированным усилием хрупкого разрыва по сварному шву от приложенной заданной проектной статической нагрузки. Выбор одного из узлов соединения ригелей и стоек, выполненного с помощью сварного прокалиброванного соединительного элемента, зависит от расчетной схемы рамно-стержневой системы и цели исследования элементов конструкций. Сварной прокалиброванный соединительный элемент представляет собой планку из 2-х частей, соединенных сварным швом. Сварной шов выполняется так, что при внутренних усилиях в узле системы, возникающих от приложенной заданной статической нагрузки, происходит его внезапное хрупкое разрушение, вызывающее динамическое догружение в предварительно напряженных элементах конструктивной системы, в результате которого растягивающее усилие в этих элементах приводит к образованию «фиксированной» трещины. Внутри полого арматурного стержня (10) ригеля (3) устанавливают тензорезисторы (11) в виде непрерывной цепочки и осуществляют предварительное напряжение этого стержня (10) механическим способом с помощью устроенной по его концам резьбы, специальных упорных шайб и гаек или одним из любых других известных способов.
Фиксирование трещины осуществляется путем уменьшения сечения железобетонного элемента, выполненного с помощью выреза (12) в бетоне при изготовлении элементов конструктивной системы.
c
c
д
д
д
э
crc
сrс
crc
b
s
crc
b
s
sp
s
s
s
b
Далее загружают железобетонную рамно-стержневую систему заданной проектной статической нагрузкой, равной 0,95 от нагрузки трещинообразования предварительно напряженного железобетонного элемента, через рычажную систему (5, 6) и грузовую платформу (8). При загружении заданной конструктивной системы статической нагрузкой величины, не превышающей заданную проектную нагрузку, усилие N, возникающее в сечении железобетонного элемента, не превышает значения усилия N, воспринимаемого этим сечением при образовании трещин, и, соответственно, М<М (фиг.5). Достижение статической нагрузкой величины, равной 0,95 от нагрузки трещинообразования, приводит к внезапному хрупкому разрушению прокалиброванного сварного элемента (9), в результате чего момент М возникающий при этом, превышает значение момента трещинообразования M. В момент перед образованием трещин полное усилие в сечении железобетонного элемента N воспринимается бетоном N и арматурой N (фиг.6). При достижении усилия N, большего, чем N, вследствие внезапного хрупкого разрыва соединительного элемента происходит мгновенное разрушение растянутого бетона двухкомпонентного элемента, и воспринимаемое ранее бетоном усилие N мгновенно передается на преднапряженную арматуру, вызывая тем самым в ней динамическое усилие N , складывающееся из усилия предварительного напряжения рабочей арматуры N, усилия растяжения N(P) от внешней нагрузки Р, усилия N , вызванного хрупким разрывом прокалиброванного соединительного элемента, и усилия N(b)=2N, возникающего в результате мгновенного образования трещин в железобетоне (фиг.7).
Замеряя параметры деформаций в преднапряженном арматурном стержне ригеля рамно-стержневой системы, определяют приращение динамического усилия в рабочей арматуре ригеля, вызванное перераспределением усилий, воспринимаемых сечением предварительно напряженного железобетонного элемента конструктивной системы в результате мгновенного образования трещин в железобетоне.
Данный способ позволяет повысить конструктивную безопасность и живучесть конструкций путем более строгого учета динамических догружений и, соответственно, определить динамическое догружение в преднапряженной арматуре железобетонных элементов рамно-стержневых конструктивных систем в запредельных состояниях.
Источник информации
1. Комар А.Г. Испытания сборных железобетонных конструкций: учеб. пособие для студентов ВУЗов. / А.Г. Комар, Е.Н. Дубровии, Б.С.Кержнеренко, B.C. Заленский. - М.: Высш. Школа, 1980. - 269 с.