Исследование прочности, деформативности и трещиностойкости изгибаемых железобетонных элементов разного сечения

Рассмотрим характер роста прочности при увеличении коэффициента армирования для балок различной формы поперечного сечения. В данном пункте рассматриваются изгибаемые элементы из бетона класса В15 и арматуры класса А400, А500 и А600, т.е. с физической площадкой текучести и без неё.

На основании результатов расчета, построены диаграммы зависимости разрушающего момента от коэффициента армирования сечения рисунок 2.

Рисунок 2. Зависимость M_u - µ для бетона В15

Как видно из рисунка 2 графики M_u – µ являются аффинноподобными. Анализ данных графиков позволяет сделать вывод, что увеличение коэффициента армирования µ для трапециевидных балок с разной формой поперечного сечения, в пределах одного класса бетона и арматуры, не сильно влияет на форму графика. Следовательно, для исследования зависимости прочности и трещиностойкости от коэффициента армирования и класса арматуры достаточно будет провести анализ трапециевидных балок одинакового поперечного сечения.

Повторим численный эксперимент для данных балок с большим числом классов бетона. В качестве исследуемых балок, принимаем железобетонные балки типа ТР76.

Для анализа влияния процентного содержания арматуры на прочность и трещиностойкость будем использовать следующие данные:

M_u- момент на стадии разрушения;

M_crc- момент на начальной стадии трещинообразования;

M_f18- значение момента при прогибе f=18 мм (1/250 от пролета);

γ_rise - коэффициент прироста прочности;

                                                                                      (1)

где: M_u1 - разрушающий момент при µ=x;

M_u2 - разрушающий момент при µ=x+0,5%;

γ_DR - коэффициент прироста момента при прогибе f=18 мм (1/250 от пролета).

По результатам исследования можно сделать следующие выводы:

• для бетона В15 увеличение коэффициента армирования выше 2% не приводит к существенному росту прочности. При m ³ 1,5% арматуру А600 следует заменить на А500, а при m ³ 2% - на А400, т.к. влияние класса арматуры на прочность железобетонных элементов трапециевидного сечения при дальнейшем увеличении коэффициента армирования µ несущественно, что хорошо видно, а;
• для изгибаемых элементов, изготовленных из бетона класса В20, наиболее оптимальный коэффициент армирования находится в диапазоне 1,0- 1,5%. Дальнейшее его увеличение выше 1,5% для арматуры классов А400, А500 приводит к несущественному приросту прочности. Разница между разрушающими моментами для балок с коэффициентом армирования µ равным 1,5 и 2%, составила 25,22% и 19,28%, соответственно, для классов А400 и А500, а для арматуры класса А600 и вовсе 9,78%;
• анализ диаграммы, представленной на рисунке Б2, в, позволяет сделать вывод о необходимости замены арматуры классов А500 и А600 арматурой А400 при m ³ 2,5% и арматуры А600 - арматурой А500 при m ³ 2%;
• для элементов, изготовленных из бетона класса В25 и арматуры класса А400, коэффициент армирования желательно принять меньше 2.5%, для арматуры классов А500 и А600 - не выше 2%, т.к. дальнейшее увеличение m не приводит к существенному росту прочности. При m ³ 2.5% использование арматуры класса А600 становится нерациональным и её следует заменить на А500, а при m ³ 3% влияние класса арматуры на деформативные и прочностные характеристики изгибаемых элементов становится незначительным, т.е. следует использовать арматуру класса А400;
• для бетона класса В40 при m ³ 3.5% арматуру класса А600 следует заменить на А500, а при m ³ 4.5% использовать только класс А400;
• для арматуры А500 прирост прочности резко падает для бетонов классов В15, В25 и В40 при коэффициентах армирования выше 1,5%, 2% и 4%, соответственно;
• при использовании арматуры А600 для балок, выполненных из бетонов классов В15-В20, В25-В30 и В40, рост прочности затухает при коэффициентах армирования выше 1,5%, 2% и 3%, соответственно;
• для арматуры классов А400 и А500 оптимальные проценты армирования из условия прочности лежат в пределах 0,5-0,7%, 1, 1,5%, 1,5-1,7 и 2-2,5% для бетонов В15, В20, В25, В30 и В40, соответственно;
• для арматуры класса А600 оптимальные проценты армирования из условия прочности лежат в пределах 0,5-0,7%, 1-1,5% и 2-2,5% для бетонов В15, В25, В40, соответственно;
• влияние класса арматуры на деформативность исследуемых образцов становится незначительным при коэффициентах армирования выше 1% для бетона класса В15, 1.5% для бетонов классов В20 и В25, 2% и 2.5%, соответственно, для бетонов классов В30 и В40;

Следует отметить, что на трещиностойкость оказывают существенное влияние только класс бетона и коэффициент армирования, а класс арматуры не оказывает почти никакого влияния.