Прочность и деформативность усиленных коротких стоек при малых эксцентриситетах

РефератПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Прочность и деформативность усиленных коротких стоек при малых эксцентриситетах (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Аннотация: Приведены и проанализированы данные о результатах испытания коротких железобетонных стоек с гибкостью л_h=10, усиленных внешней углепластиковой арматурой при внешнем приложении нагрузки с эксцентриситетом е₀=2см. Установлены границы влияния различных вариантов усиления на прочность и деформативность стоек при расположении нагрузки в пределах ядрового сечения.

Данная статья является продолжением освещения второго этапа исследований [1−5], который проводится на кафедре железобетонных и каменных конструкций РГСУ. Она посвящена несущей способности коротких железобетонных стоек (Серии Б), усиленных углепластиком. Образцы этой серии, результаты испытания которых размещены на страницах настоящего журнала, имели одинаковое сечение 250×125(h) и длину 1200 мм. Совпадают также продольное и поперечное армирование, гибкость л_h=10 и методика проведения экспериментов. Это дает возможность для сопоставления полученных результатов. Здесь отметим лишь особенности исследования образцов серии Б. Она предусматривает приложение нагрузки с эксцентриситетом е₀=2,0 см. Это тот случай, когда действующая нагрузка приложена в пределах ядрового сечения, не выходя за его границы. Случай, когда сила имеет эксцентриситет е₀?0,3h₀, называется случаем малых эксцентриситетов. В сжатых элементах многоэтажных зданий, особенно в современных монолитно-каркасных, имеют место и малые, и большие эксцентриситеты. Это зависит от этажа, на которых разлагаются колонны и место их расположения на плане, т.к. меняется соотношение действующих моментов и продольных сил. Поэтому исследование рассматриваемых стоек представляет определённый интерес [6].

Загружение выполнялось ступенчато возрастающей нагрузкой с использованием домкрата ДГ200П150 до разрушения. Интенсивность нагрузки на каждом этапе составляла 100кН до уровня 0,8N_ult и 50кН — после него. Выдержка на каждом этапе нагружения составляла 10−15 минут. Это время необходимо для замера деформаций исследуемых образцов и перераспределения напряжений в сечениях усиленных образцов. Для этой цели использовались прогибомеры, индикаторы часового типа и тензодатчики сопротивления.

Конструкции серии Б предусматривают пять вариантов усиления, обязательным компонентом которых являлись поперечные хомуты разной ширины, вплоть до полного обертывания и шаг хомутов. Отдельные стойки имели и продольное усиление.

Все хомуты были выполнены из трех слоев углеткани холодного отверждения в виде непрерывной ленты со стыком в нахлестку на одном из улов. Продольное усиление представляли полосы на основе углеродных волокон горячего отверждения. Физико-механические свойства стальной и композитной арматуры определялись согласно [7,8] и подробно изложены в работах [9,10].

Оценка влияния каждого из вариантов усиления осуществлялась методом прямого сопоставления результатов испытания эталонных и усиленных образцов. стойка углепластиковый арматура Характеристика всех опытных образцов, которые соответствуют требованиям [6], и результаты их испытания по прочности приведены в табл.1.

Поведение всех опытных образцов под нагрузкой было следующим.

Эталонная стойка БГ — несмотря на наличие эксцентриситета, стойка равномерно деформировалась по всему сечению до нагрузки в 550кН. Вместе с тем, разделение на сжатую и растянутую зоны произошло уже при нагрузке N=50кН. Однако средние деформации сжатия на этапе предшествующем разрушению, по сравнению с деформациями растяжения были почти в три раза выше. Разрушение стойки было плавным с большей площадью дробления бетона сжатой зоны, шириной 20 см, начиная от середины высоты стойки. Видимая высота дробления бетона с оголением арматуры составила около 5 см. Одновременно со стороны растянутого бетона появилась критическая трещина с раскрытием до 1 мм.

Таблица 1 Результаты испытания коротких стоек, усиленных углепластиком при осевом эксцентриситете e0=2,0 см.


Харак-теристики опытных образцов.	Шифр стоек.	Про-чность бетона ,.	Характер усиления углепластиком.	Предельные деформации.	Опытные значения.	Коэффи-циент усиления.
				Сжатие.	Растя-жение.	Проч-ность.	Про-гибы.

Сечения — 250×125 (h) мм l₀=1200мм, л_h=10; е₀=2. Продольное армирование 4Ш12А500 (µ_s=1.45) хо-муты — Ш6В500, s=180.	БК.	38,9.	Эталон.	4,72.	1,64.	592,5.	12,94.	;
	БКУ-Х₁	38,6.	Хомут шириной 50 мм, шаг 190 мм.	5,88.	2,24.	778,9.	15,73.	1,315.
						784,9.		1,325.
	БКУХ₂	38,9.	Хомут шириной 50 мм, шаг 140 мм.	4,73.	1,61.	794,7.	7,26.	1,34.
						794,7.
	БКУХ₂L_с	41,6.	Хомут шириной 50 мм, шаг 140 мм +2 полосы в сжатой зоне.	3,94.	1,42.		4,71.	1,35.
								1,26.
						748,1.
	БКУХ₁L_p	40,8.	Хомут шириной 50 мм, шаг 190 мм +2 полосы в растянутой зоне.	4,49.	2,15.		6,51.	1,18.
						667,4.		1,13.
	БКУХ₅	41,6.	Обойма на всю длину колонны. b=700мм.	6,81.	2,63.	844,0.	7,96.	1,42.
						789,2.		1,33.

Примечания: 1) Деформации бетона на сжатие и растяжение, а также прогибы стоек указаны на этапе предшествующем разрушению. 2) Прочность бетона и арматуры определялась по результатам испытания образцов.3) В знаменателе столбиков 7 и 9 табл. 1 показаны значения с учетом коэффициента перехода к прочности бетона эталонных образцов.

Физико-механические характеристики композитных материалов и методика усиления конструкций приведена в работах [9,10].

Усиленные стойки — БКУ-Х₁ — усиление хомутами шириной 50 мм с шагом 190 мм. Поперечные трещины в растянутой зоне до нагрузки N=700кН — не образовывались. Однако появилась трещина вдоль арматуры в сжатой зоне в верхней трети высоты стойки. Разрушение образца произошло от дробления бетона между хомутами в середине высоты стойки и было более плавным по сравнению с эталонном. Высота дробления бетона составила более 5 см. Одновременно в растянутой зоне появилась критическая трещина с раскрытием до 3 мм.

БКУ-Х₂ — усиление отличается только шагом хомута, который равен 140 мм. Характер поведения под нагрузкой был аналогичен предыдущей стойке при, практически, одинаковым коэффициенте усиления. Однако деформативность образца оказалась в 2 раза меньше. Заметно ниже были и средние деформации со стороны растянутой и сжатой зоны. Разрушение было еще более спокойным и произошло из-за дробления бетона между вторым и третьим хомутами ниже середины стойки. Высота дробления — более 6,5 см. Трещины появились не только в зоне дробления бетона, но и выше середины стойки. Их раскрытие было менее 1 мм.

БКУ-Х₂L_c — отличается наличием двух продольных полос усиления из углеламината, наклеенных на сжатую зону. При нагрузке N=500кН произошел резкий спад давления со своеобразном треском, причиной которого послужило хрупкое разрушение углеламинатов возле верхнего анкерующего хомута. Одновременно произошло выпучивание обеих полос в виде треугольника. При следующем этапе загружения верхние части полос наложились на нижние. Однако разрушение образца произошло при более высокой нагрузке. Коэффициент усиления был близок к двум первым усиленным стойкам. Фактически, с учетом коэффициента перехода прочности бетона к эталонному образцу, указанный коэффициент, заметно снизился.

БКУ-Х₁L_р — к стандартному поперечному хомуту добавлено усиление двумя полосами со стороны растянутой зоны. В отличие от гибких стоек наличие растянутых полос в коротких стойках показало низкий коэффициент усиления. При этом, средняя деформация бетона обеих зон и прогибы стойки оказались больше, чем при наклеивании продольной арматуры на сжатую зону. Разрушение было плавным от дробления бетона между вторым и третьим хомутами вниз от середины. Видимая высота дробления бетона — 4 см. Одновременно в центре стойки со стороны сжатого бетона откололись углы на участках между хомутами и образовались вертикальные трещины вдоль арматуры.

БКУ-Х₅ — полная обойма из трех слоев углеткани. В условиях сложного напряженного состояния, стойка работала как изгибаемый элемент. На этапе, предшествующем разрушению, все показатели по деформациям бетона и стойки в целом, оказались самыми большими, а коэффициент усиления был сопоставим с вариантом усиления хомутами по типу Х₂. Разрушение очень плавное, путем постепенного нарастания прогибов с идеальной линией изгиба. Уже в процессе разрушения в центре сжатой зоны в виде треугольника с катетом 7−10мм выпучились слои углеткани, без выпучивания крупного заполнителя.

Анализ результатов испытания стоек, загруженных с эксцентриситетом е₀=2см, показал следующее:

— Наиболее эффективным вариантом усиления оказалось использование равномерно распределённых по длине стоек хомутов шириной 50 мм и шагом 140 мм.
— Сопоставимым по прочности, но не по расходу материалов, оказалось усиление полной обоймой. Вместе с тем, именно наличие обоймы, обеспечило наиболее плавное и постепенное разрушение стоек, заметное на глаз.
— Усиление коротких стоек с дополнительным использованием продольной углепластиковой арматуры, особенно в растянутой зоне, ослабляет влияние поперечных хомутов на увеличение несущей способности.

1. Польской П. П., Маилян Д. Р. Композитные материалы — как основа эффективности в строительстве и реконструкции зданий и сооружений // Инженерный вестник Дона, 2012, № 4 (часть 2) URL: ivdon.ru/magazine/archive/n4p2y2012/1307
2. Польской П. П., Маилян Д. Р. Влияние стального и композитного армирования на ширину раскрытия нормальных трещин // Инженерный вестник Дона, 2013, № 2 URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2y2013/1675
3. Польской П. П., Маилян Д. Р., Мерват Хишмах, Кургин К. В. О прочности балок из тяжелого бетона при использовании стальной, углепластиковой и комбинированной арматуры, расположенной в два ряда // Инженерный вестник Дона, 2013, № 4 URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2013/2096
4. Польской П. П., Маилян Д. Р., Мерват Хишмах, Кургин К. В. О деформативности изгибаемых элементов из тяжелого бетона при двухрядном расположении углепластиковой и комбинированной арматуры // Инженерный вестник Дона, 2013, № 4 URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2013/2094
5. Польской П. П., Георгиев С. В. Вопросы исследования сжатых железобетонных элементов, усиленных различными видами композитных материалов // Инженерный вестник Дона, 2013, № 4 URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2013/2134
6. Руководство по усилению железобетонных конструкций композитными материалами. Под руководством д.т.н., проф. В. А. Клевцова. М.: НИИЖБ, 2006;48с.
7. Eurocode 2: Design of concrete structures — Part 1−1 // General rules and rules for buildings, 2004.
8. Guide for the design and construction of externally bonded FRP systems for strengthening concrete structures. // ACI 440.2R-08. American Concrete Institute, 2008.
9. Маилян Д. Р., Польской П. П., Георгиев С. В. Методики усиления углепластиком и испытания коротких и гибких стоек // Научное обозрение, 2014, № 10, ч.2. С.415−418
10. Польской П. П., Георгиев С. В. Характеристики материалов, используемых при исследовании коротких и гибких стоек, усиленных углепластиком // Научное обозрение, 2014 г, № 10, ч.2. С.411−414.
11. References
12. Pol’skoj P.P., Mailjan D.R. Inћenernyj vestnik Dona (Rus), 2012, № 4/2 URL: ivdon.ru/magazine/archive/n4p2y2012/1307
13. Pol’skoj P.P., Mailjan D.R. Inћenernyj vestnik Dona (Rus), 2013, № 2 URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2y2013/1675
14. Pol’skoj P.P., Mailjan D.R., Mervat Hishmah, Kurgin K.V. Inћenernyj vestnik Dona (Rus), 2013, № 4 URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2013/2096
15. Pol’skoj P.P., Mailjan D.R., Mervat Hishmah, Kurgin K.V. Inћenernyj vestnik Dona (Rus), 2013, № 4 URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2013/2094
16. Pol’skoj P.P., Georgiev S.V. Inћenernyj vestnik Dona (Rus), 2013, № 4
17. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2013/2134
18. Rukovodstvo po usileniju zhelezobetonnyh konstrukcij kompozitnymi materialami [Guide to strengthening reinforced concrete structures by composite materials], pod rukovodstvom d.t.n., prof. V.A. Klevcova. M.: NIIZhB, 2006, p.48
19. Eurocode 2: Design of concrete structures — Part 1−1 // General rules and rules for buildings, 2004.
20. Guide for the design and construction of externally bonded FRP systems for strengthening concrete structures. // ACI 440.2R-08. American Concrete Institute, 2008.
21. Mailjan D.R., Pol’skoj P.P., Georgiev S.V. Nauchnoe obozrenie, 2014, № 10/2, рр.415−418
22. Pol’skoj P.P., Georgiev S.V. Nauchnoe obozrenie, 2014, № 10/2, pp.411−414.

Показать весь текст

Заполнить форму текущей работой