ОПРЕДЕЛЕНИЕ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ВНЕЦЕНТРЕННО СЖАТЫХ СТАЛЕФИБРОБЕТОННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ С КОМБИНИРОВАННЫМ АРМИРОВАНИЕМ ПРИ ДЕЙСВТИИ ЦИКЛОВ ЗАМОРАЖИВАНИЯ И ОТТАИВАНИЯ

Аннотация. В данной статье рассматривается проблема определения несущей способности внецентренно сжатых сталефибробетонных элементов с комбинированным армированием при действии циклов замораживания и оттаивания. Анализ показывает, что существующие правила проектирования недостаточно детально описывают особенности расчета. В качестве решения предлагается использование двухмерной диаграммы Nu-Mu для более наглядного представления полученных результатов. Результаты исследования показали, что при внецентренном сжатии сталефибробетонные конструкции с комбинированным армированием при влиянии циклов замораживания и оттаивания потеряли несущую способность. Однако при чистом изгибе значения моментов до и после действия циклов изменились не значительно.

Ключевые слова: сталефибробетон, циклы замораживания и оттаивания, сжатые элементы, методы расчета.

Введение

В рамках свода правил СП 360.1325800.2017 "Конструкции сталефибробетонные. Правила проектирования" [2] отмечается, что определение несущей способности внецентренно сжатых сталефибробетонных элементов с рабочей арматурой недостаточно детально описывают особенности расчета нахождения несущей способности при воздействии максимальной продольной силы и возникающего изгибающего момента. С учетом этого, нахождение несущей способности данных элементов предполагается отображать в виде двухмерной диаграммы N_ult-M_ult для более наглядного представления полученных результатов.

Этот аспект представляет важное значение в практическом применении проектирования сталефибробетонных конструкций, поскольку обеспечивает более четкое представление о несущей способности элементов при различных условиях нагружения.

Цель

Целью исследования, результаты которого приведены в статье, является усовершенствование методики определения несущей способности нормального сечения на внецентренное сжатие сталефибробетонных элементов с армированием при действии циклов замораживания и оттаивания

Материалы и методы

Расчет внецентренно сжатых сталефибробетонных элементов прямоугольного сечения с рабочей арматурой (см. рисунок 1) производят из условия (1):

где N - продольная сила от внешней нагрузки;

e - расстояние от точки приложения продольной силы N до центра тяжести сечения растянутой арматуры (2)

здесь e₀ - случайный эксцентриситет, принимаемый по СП 63.13330;

η - коэффициент, определяемый по 6.1.13.

Высоту сжатой зоны x определяют:

при  по формуле 3

при  по формуле 4

Рисунок 1. Схема усилий и эпюра напряжений в сечении, нормальном к продольной оси внецентренно сжатого сталефибробетонного элемента с рабочей арматурой, при расчете ее по прочности

Расчетные значения сопротивления осевому растяжению R_fbt и остаточного сопротивления осевому растяжению R_fbt3 определяют по формулам 5 и 6 соотвественно:

Для нахождения максимальной продольной силы N следует производить расчет на центральное сжатие по формуле 7:

При минимальной продольной силе N=0 расчет для нахождения изгибающего момента М следует производить по формуле (8):

Высоту сжатой зоны x определяют по формуле (9):

Значения расчетных значений сопротивления осевому растяжению R_fbt и остаточного сопротивления осевому стяжению R_fbt3 до  после попеременного циклического замораживания и оттаивания были взяты из экспериментальных исследований Кондратюка В. В. [1.

Для построения диаграммы N_ult-M_ult, производится расчет для нахождения максимальной продольной силы N из расчета на центральное сжатие по формуле (7), а данной точке диаграммы изгибающий момент M_ult равен нулю, а высота сжатой зоны x равна высоте колонны h.

В следующем этапе, задаемся значениями продольной силы с шагом 0,1N до N=0, в каждой точке, находя высоту сжатой зоны x по формулам (3) и (4) и значение  по формуле (1).

Расстояние от точки приложения продольной силы N до центра тяжести сечения растянутой арматуры e, вычисляем по формуле (10)

Расстояние от точки приложения продольной силы N до центра тяжести сечения элемента e₀, вычисляем по формуле (11)

Далее, для каждой точки диаграммы вычисляется значение M_u по формуле (12)

Исходные данные для расчета несущей способности сталефибробетонных конструкций с комбинированным армированием при влиянии циклов замораживания и оттаивания при внецентренном сжатии представлены в таблице 1.

Таблица 1

Исходные данные

Результаты

Результаты расчета несущей способности сталефибробетонных конструкций с комбинированным армированием при влиянии циклов замораживания и оттаивания при внецентренном сжатии представлены при проценте армирования μs=1.5% в таблицах 2 и 3.

Диаграмма зависимости изгибающего момента при внецентренном сжатии от продольного усилия представлены на рисунке 3 при проценте армирования μs=1,5%.

Таблица 2.

Результаты расчета при циклах замораживания и оттаивания 0 и проценте армирования μs=1,5%

Таблица 3.

Результаты расчета при циклах замораживания и оттаивания 10 и проценте армирования μ_s=1,5%

Рисунок 3. Диаграмма зависимости изгибающего момента от продольного усилия при проценте армирования μ_s=1,5%.

Заключение

Исходя из результатов расчета, можно заметить, что внутри кривой M_ult – N_ult лежит область несущей способности, где располагаются точки с самыми разнообразными сочетаниями усилий M и N от внешней нагрузки.

При действии центрального сжатия, сталефибробетонный элемент после действия циклов замораживания и оттаивания потерял 396,8 кН своей несущей способности, а при чистом изгибе, значения моментов до и после действия циклов не изменились не значенительно.