23 февраля 2016г.
Для проведения исследований прочности, жесткости и трещиностойкости элементов, работающих на изгиб с кручением, разработана программа экспериментальных исследований, предусматривающая испытание 2-х серий образцов с варьированием отношения крутящего момента к изгибающему 0,4 и 0,8.
Проектирование образцов осуществлялось в соответствии с нормативными требованиями СП 63.13330.2012 «Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения», согласно которому максимальный крутящий момент, воспринимаемый сечением, зависит от величины изгибающего момента, вызванного этой нагрузкой:
Тогда определение расчетной разрушающей нагрузки происходит методом последовательного вычисления обоих параметров и сравнения с действующей нагрузкой (см. Табл.1).
Для проведения экспериментальных исследований в испытательном центре
Томского ГАСУ смоделирован и собран стенд для проведения испытаний
на изгиб с кручением. Модель и общий вид стенда представлены на Рисунке 1. Данный стенд позволяет одновременно нагрузить экспериментальный образец
изгибающим моментом при помощи пары сил, приложенных к образцу, а также крутящим
моментом за счет наличия эксцентриситета приложения
нагрузки. При этом
в середине образца формируется участок с контролируемыми величинами изгибающего и крутящего моментов
(в дальнейшем расчетная зона).
В расчетной зоне предусмотрено измерение
линейных деформаций при помощи наклеенных на арматуру и бетон образца тензометрических датчиков линейных перемещений. Помимо деформаций в бетоне и арматуре образца, в ходе испытаний
фиксировались изменения
положения элемента в пространстве. Для этого по длине конструкции установлены прогибомеры WayCon марки SL50-G-SR, позволяющие прямым или косвенным способом определить прогиб
конструкции и углы закручивания.
Полученные с помощью прогибомеров перемещения после математических преобразований позволяют рассчитать углы закручивания конструкции по формуле:
где θ – угол закручивания конструкции;
fmax, fmin - значения прогибов в расчетном сечении
максимального и минимального соответствено, мм; L – расстояние от продольной оси до прогибомера, мм.
Результаты испытаний показали, что разрушение конструкций, работающих на изгиб с кручением, происходит с образованием пространственного сечения, заключенного между спиральной трещиной, образующейся по 3-м растянутым граням образца, и наклонной трещиной
в сжатой зоне, соединяющей начало и конец спиральной (Рисунок 3).
Авторами данной статьи предусмотрено проведение численного анализа экспериментальных исследований и сопоставление результатов эксперимента с результатами расчета.
Для этого в программно-вычислительном комплексе Lira собрана модель
экспериментальных образцов с использованием объемных
элементов с типом конечного элемента №236. Физико-механические
характеристики арматуры и бетона заданы с учетом нелинейной работы материалов. Опирание элемента
выполнено введением одноузловых конечных элементов односторонней связи,
работающих только на сжатие.
Данное мероприятие позволило учесть реальную работу конструкции на опоре аналогично работе
конструкции при проведении испытания.
Результаты численных исследований согласуются с результатами экспериментальных исследований с расхождением не более 10-14 %. При этом до образования трещин
в образце расхождения в результатах расчета
и эксперимента не превышают 5 %. Так же выявлено, что с уменьшением величины крутящего
момента сходимость результатов расчета
и эксперимента увеличивается. В будущем
авторами будет предпринята попытка определения расчетным путем влияние формы
поперечного сечения, соотношения крутящего и изгибающего момента, физико-механических свойств материалов а так же армирования экспериментальных образцов на напряженно-деформированное состояние образцов.
Список литературы
1. Бахотский, И.В. Теоретическое исследование напряженно-деформированного состояния фиброжелезобетонных элементов, подверженных воздействию кручения с изгибом
[Текст] // Материалы V-ой международной конференции «Актуальные проблемы
архитектуры и строительства». – В 2 ч. Ч. I – СПб: СПбГАСУ, 2013.
– С.163-169
2.
Коуэн Г.Д. Кручение в обычном и предварительно напряженном железобетоне. – М., 1972– 104 с.
