К методике расчета железобетонных внецентренно сжатых колонн

Для надежного проектирования железобетонных внецентренно сжатых стоек необходимо располагать методом расчета, позволяющим определять напряженно-деформированное состояние конструкций с учетом физической и геометрической нелинейности. Этот метод расчета целесообразно строить на основе общих физических законов, к которым могут, быть отнесены зависимости, связывающие напряжения и деформации бетона и арматуры.

В последние годы рядом исследователей [1−3] предпринимались попытки построения такого метода расчета. Среди них отметим исследования [2], в которых полные (с нисходящими ветвями) диаграммы деформирования бетона учитывались в явном виде. Расчет ведется итерационно-шаговым методом, на каждой ступени расчета задается деформация крайнего сжатого волокна бетона. Такой подход позволяет определить не только несущую способность, но и развитие деформаций в процессе нагружения. Предельное состояние конструкции достигается при выполнении условия.

dM/d_B = 0 (или dM/d = о) Наряду с безусловными достоинствами большинства разработанных методик, позволяющими оценивать напряженное состояние железобетонного элемента на всех стадиях нагружения, необходимо отметить и ряд недостатков, вызванных принятыми допущениями. Это, прежде всего, неучет нисходящей ветви диаграммы растяжения бетона, принятие гипотезы плоских сечений для средних деформаций бетона и арматуры, неучет влияния различных, режимов, нагружений на изменение зависимости между напряжениями и деформациями бетона при сжатии и растяжении. Кроме того большинство отмеченных методик были созданы применительно к расчету изгибаемых и внецентренно сжатых железобетонных элементов не высокой гибкости. В гибких железобетонных стойках, несущая способность которых находится в прямой зависимости от величины деформаций, принятие отмеченных выше допущений может значительно отразиться на результатах расчета.

В этой связи в РГСУ был разработан метод расчета предназначенный для гибких железобетонных стоек. Основным преимуществом этого метода по сравнению с известными является учет фактических эпюр напряжений бетона, сжатой и растянутой зон каждого поперечного сечения элемента в зависимости от его расположения относительно сечения с трещиной. Использование этого метода расчета позволяет на каждой ступени загружения кривизны, а, следовательно, и прогибы определять с учетом фактической депланации каждого поперечного сечения элемента в отличие от других методик, в которых применялись усредняющие коэффициенты _в и _s. Точное определение прогибов влечет за собой и более правильное установление предельной несущей способности гибких железобетонных элементов. железобетонный внецентренный сжатый стойка Эффективность предложенного метода проверена применительно к стойкам различной гибкости при однократном кратковременном нагружении.

Следует отметить, что для надежного использования любой методики расчета учитывающей фактические диаграммы деформирования бетона, необходимо располагать аналитическими зависимостями между напряжениями и деформациями бетона при центральном нагружении бетонных призм. Правомерность использования диаграмм «_в — _в» центрально нагруженных призм при расчете внецентренно сжатых колонн доказана [3]. В настоящее время предложено немало аналитических зависимостей, связывающих напряжения и деформации бетона при центральном сжатии и растяжении. Наиболее точной, простой является зависимость ЕКБ-ФИП [3]. При нагружениях эксцентрично приложенной нагрузкой в каждом волокне бетона возникает свое напряженно-деформированное состояние характеризуемое переменным по высоте сечения уровнем напряжения: _вi = _вi/R_в или _вti = _вti/R_вt. Степень изменения диаграммы «_{в (вt)} — _{в (вt)}», вызванная повторными нагружениями, существенно зависит от уровня _в(_вt).

Т.е. в каждом волокне бетона железобетонного элемента диаграмма будет изменяться (трансформироваться) по-разному. В бетоне железобетонных конструкций в общем случае может реализовываться один из шести случаев напряженно-деформированного состояния, вызванного предварительными и последующими эксплуатационными силовыми воздействиями: п. сжатие — сжатие; п. сжатие — растяжение; ц. растяжение — сжатие; п. растяжение — растяжение; п. (сжатие-растяжение) — сжатие; п. (сжатие-растяжение) — растяжение.

Для учета этого явления необходимо корректировать параметры диаграммы деформирования бетона R_B и _BR при R_Bt и _Bt, умножая их на соответствующие коэффициенты и или и. Методика учета влияния таких нагружений на диаграмму «_{в (вt)} — _{в (вt)}» подробно изложена [3].

Разработанный метод расчета железобетонных стоек на нагружения различного вида основывается на следующих предпосылках:

• — напряжения _в(_вt) и деформации _в(_вt) каждого отдельного волокна бетона на высоте сжатой или растянутой зон изменяются по закону деформирования трансформированных, диаграмм «_{в (вt)} — _{в (вt)}». При этом напряжения могут изменяться от, нуля до _Rв R_в (_{Rвt Rвt}) и деформации от нуля до значений больших (_{вR вR} ((_{вRt вRt});
• — в качестве исходной принимается диаграмма деформирования бетона, рекомендованная ЕКБ-ФИП, которая принимается справедливой для сжатых и для растянутых волокон;
• — сечения при деформировании остаются плоскими, т. е. принимается справедливой гипотеза плоских сечений;
• — нейтральные оси эпюр деформаций и напряжений совпадают.

Расчеты показывают высокую достоверность предложенного метода.

• 1. Сухман В. Ф. Прочность и жесткость кососжатых железобетонных колонн каркасов промышленных зданий. Автореф. дисс… канд. техн. наук, — М., 1987, с. 22.
• 2. Маилян Д. Р., Хунагов Р. А. Расчет двухслойных предварительно напряженных железобетонных панелей. Вестник Майкопского государственного технического университета, № 4, 2011, с. 22−27.
• 3. Маилян Д. Р., Ахмед Аббуд. Проектирование рациональных керамзитофибробетонных элементов со смешанным армированием. Монография. Сирия, 2010, с. 85.