Влияние изменчивости деформации бетона на обеспеченность несущей способности железобетонных конструкций

На сегодняшний день буквально не одно строительство не производится без применения бетон. Бетон является наиболее распространенным строительным материалом и обладает множеством уникальных свойств.

Однако, задача увеличения срока службы бетонных конструкций является актуальной для производителей материалов и железобетонных конструкций, застройщиков, заказчиков и эксплуатирующих организаций.

Выполнение этой задачи может быть достигнуто за счет повышения прочностных характеристик применяемых материалов, улучшения технологии изготовления конструкций, применения эффективных материалов и конструкций. Разработка прогрессивных, экономичных конструкций из более эффективных материалов требует дальнейших исследований с целью уточнения и совершенствования существующих методов расчета железобетонных элементов.

Поэтому важными направлениями научных исследований являются развитие теории железобетона, создание конструктивных элементов и изделий на основе достижений фундаментальных наук, разработка новых экономичных материалов и высокопроизводительных технологических процессов.

Целью работы является анализ влияния изменчивости деформационных характеристик бетона на несущую способность железобетонных элементов.

Актуальность этого вопроса обусловлена широким применением нелинейной деформационной модели для расчетов железобетонных конструкций.

Особенность расчетов с использованием нелинейной деформационной модели заключается в необходимости совместного использования прочностных и деформационных характеристик бетона.

При этом в действующих нормах приведены средние значения деформационных характеристик и отсутствуют сведения об их изменчивости.

В результате проведенных численных экспериментов выявлено существенное влияние изменчивости деформационных характеристик бетона на несущую способность изгибаемого железобетонного элемента при больших процентах армирования.

Также определено влияние деформационных характеристик на значения предельного процента армирования и предельной высоты сжатой зоны.

Таким образом, использование в расчетах по нелинейной деформационной модели средних значений деформационных характеристик бетона приводит к существенному снижению надежности сильно армированных железобетонных конструкций.

Основной принципиальной отличительной особенностью, разрабатываемых современных строительных норм (Сводов правил), является переход от простых зависимостей метода предельных состояний, основанного преимущественно на эмпирических методах расчета, на деформационные методы расчета прочности железобетонных конструкций с использованием диаграмм деформирования материалов бетона и арматуры.

В физических выражениях диаграммного метода жесткость конструкции является переменной величиной и возникают трудности в решении нелинейных уравнений. Наиболее распространенным методом решения нелинейных задач в расчетах конструкций является численный метод последовательных приближений, который известен в нескольких модификациях.

Для расчета на прочность используются: идеализированные диаграммы, предложенные Прандтлем, для моделей упруго-пластических материалов; наиболее полно отражающие физические свойства бетона криволинейные диаграммы; фактическая диаграмма арматуры с учетом упрочнения в нелинейной области диаграммы стали. При выводах разрешающих уравнений равновесия применяется гипотеза плоских сечений. Усилия в бетоне сжатой зоны элемента, их расстояния до нейтральной оси представляются проекцией площадей диаграмм и координат их центров тяжести на нормальное сечение. Проверка выполнения условия равновесия усилий в сечении элемента выполняется методом последовательного приближения.

За переменный параметр приближения принимается кривизна элемента. Разработанный алгоритм вычисления предельных усилий реализован в доступном для пользователей ЭВМ программном обеспечении Microsoft Excel.

Предложенная методика определения усилий в сечение элемента и численный метод решения нелинейных уравнений позволяют получить обоснованные значения предельных моментов и деформаций, величина которых зависит от вида диаграмм и их расчетных параметров.

Заключение: с целью приведения в соответствие расчетных значений предельных усилий необходимо выполнить корректировку нормируемых параметров диаграмм.

Общие деформации (прогибы) элементов значительно превышают их предельные значения, допустимые при эксплуатации.