Головна Будівництво Будівельне виробництво ВПЛИВ ПОВТОРНИХ НАВАНТАЖЕНЬ НА РОБОТУ ДВОШАРНІРНИХ ЗАЛІЗО-БЕТОННИХ АРОК З ПОПЕРЕДНІМ НАПРУЖЕННЯМ ЗАТЯЖКИ
joomla
ВПЛИВ ПОВТОРНИХ НАВАНТАЖЕНЬ НА РОБОТУ ДВОШАРНІРНИХ ЗАЛІЗО-БЕТОННИХ АРОК З ПОПЕРЕДНІМ НАПРУЖЕННЯМ ЗАТЯЖКИ
Будівельне виробництво - Будівельне виробництво

Анотація

Повторні навантаження впливають На напруже-но-Деформований Стан арок. Внаслідок Таких наванта-Жень Збільшуються податливість (зменшується Жорст-Кість )Затяжки та Залишкові прогини Арок.

Попереднє напруження Затяжки Поліпшує Роботу Арки: Дозволяє зменшити податливість Затяжки, Підви-щити тріщиностійкість і довговічність конструкції. Ключові Слова: Арка, Повторні навантаження, Напруже-Но-Деформований Стан, Напруження Затяжки, Прогин Арки.

Аннотация

Повторные нагрузки влияют на напряженно-Деформированное состояние арок. Вследствие таких Нагрузок возрастают податливость (уменьшается же-сткость )затяжки и остаточные прогибы арок.

Предварительное напряжение затяжки улучшает Работу арки: позволяет уменьшить податливость за-Тяжки, повысить трещиностойкость и долговечность Конструкции.

Ключевые слова: Арка, повторные нагрузки, напряженно-деформированное состояние, напряжение затяжки, про-Гиб арки.

The summary

The repeated loads influence on strain-deformed state Of arches. Such loads invoke of decreasing of rigidity of tight­ening and increasing residual deformations of arches. The pre-stressing of a tightening improves work of arches: Allows to increase a rigidity of a tightening, a stableness to Forming of fissures and durability of a construction. Keywords: Arch, repeated loads, strain-deformed state, rigid­Ity of a tightening, deformations of an arch.

Малоциклові навантаження призводять до зміни напружено-деформованого стану арок, змен-шують їх жорсткість, спричиняють виникнення за-лишкових прогинів. З метою визначення цих змін проведено дослідження і аналіз особливостей робо-ти двошарнірних залізобетонних арок за умов дії на них повторних малоциклових навантажень.

Залізобетонні арки широко використовуються в складі поперечних рам виробничих будівель, в різних спеціальних спорудах. Під час експлуатації арки, як і інші будівельні конструкції, сприймають повторні малоциклові навантаження, які впливають на зміну механічних характеристик матеріалів, пе-рерозподіл зусиль між елементами арок тощо. Як показали експериментальні дослідження двошарні-рних та замкнутих залізобетонних рам, повторні навантаження суттєво впливають на прогини риге-лів, ширину розкриття тріщин, внутрішній напру-жено-деформований стан тощо [1, 2].

Сил та на відстані 40 см від крайніх опор. Також прогиноміри використовувались для контролю можливого зміщення опор. Деформації бетону вимірювались за допомогою індикаторів годинни-кового типу МІГ-1 з ціною поділок 0,001 мм на базі 100 мм і наклеєних тензорезисторів на базі 50 мм ланцюжками через 20 мм, розміщеними на ді-лянці від точки прикладення сили до точки на від-стані 2/3 від неї до опори. Деформації арматури в затяжці визначались за допомогою тензометра Гу-генбергера з ціною поділок 0,001 мм на базі 20 мм, а зусилля в затяжці вимірювались динамометром. Це дозволило розкрити статичну невизначеність двошарнірних арок [4].

Арки навантажувалися ступенями, які при-близно становили 7 % від руйнівного навантажен-ня. На кожному ступені навантаження втримува-лось 5 ... 7 хв, протягом яких знімались показання динамометра, прогиномірів, індикаторів і тензоре-зисторів, а також здійснювався візуальний огляд арки, фіксувались характер утворення й розвиток тріщин.

Результати експериментальних дослі-джень

На рис. 2 наведено характер руйнування арок під час випробувань.

Арка 1А-1 випробовувалась одноразовим на-вантаженням до руйнування, яке сталося внаслідок роздроблення бетону на ділянці прикладання нава-нтаження, рівного РИ = 126,0 кН. Арки 1А-2 і 1А-3 піддавались десятиразовому навантаженню, яке до-рівнювало РСус = 70 кН (приблизно 60% від руйнів-ного), і на одинадцятому циклі довантажувалися до руйнування. Для арки 1А-2 руйнівне навантаження склало РИ_=_106,0 кН, а для арки 1А-3 – РИ = 124,5 кН.

Випробування арки 2А-1 проводилось одно-разовим монотонним навантаженням до руйнуван-ня, як і в першій серії експерименту. Руйнівна сила склала РИ = 106,0 кН. Арка 2А-2 також випробову-валась одноразовим навантаженням до руйнування, однак, на відміну від першої, в роботу арки включа-ли попереднє напруження затяжки. Значення додат-кового зусилля визначали за допомогою розрахунку із врахуванням перерозподілу зусиль. Воно стано-вило H = 8 кН. Руйнівне навантаження в арці 2А-2 склало РИ_=_98,0 кН. Арки 2А-3 і 2А-4 піддавали десятиразовому малоцикловому навантаженню, яке в арці 2А-3 дорівнювало РСус = 60 кН (приблизно 60% від руйнівного). На арку 2А-4 навантаження повторювалось десять циклів з повним розванта-женням на третьому, шостому та дев'ятому циклі, а на одинадцятому напівциклі вона була довантажена до руйнування. Нижній рівень навантаження у ви-пробуваннях прийнятий NСус.=.0,2, що імітує наван-таження від власної ваги конструкцій (постійне на-вантаження). Для арки 2А-3 руйнівне навантаження склало РИ = 100,8 кН, а для арки 2А-4 – РИ = 109,5 кН. Арки руйнувалися в зоні дії максимального згинального моменту внаслідок роздроблення та зрізу стиснутого бетону (рис.2).


HiSlli-JfirS..


image026Арка 2А-4

Рис. 2. Характер руйнування арок першої та другої серій

Арка 2А-1 випробовувалась без натягу затяжки, так само як і перша серія зразків. Ха-рактер роботи (прогини, деформації бетону та арматури, утворення тріщин) та руйнування аналогічні тим, що були в арці 1А-1. А в арці 2А-2 затяжка попередньо напружувалась для вирівнювання згинальних моментів в ході експерименту. Внаслідок цього в арці проги-ни та утворення тріщин значно зменшились, тобто жорсткість арки збільшилась. Арки 2А-3 та 2А-4 піддавались малоцикловим наванта-женням. На першому циклі робота арок від-бувалась як і в арці 2А-2, в подальших – прирости значень деформацій і прогинів бі-льші, їх стабілізація відбувається пізніше ніж у відповідних арках з першої серії 1А-2, 1А-3.

Теоретичне значення зусилля в арці ви-значено за формулами, наведеними в роботі [5]. За прийнятої схеми навантаження зу-силля в затяжці дорівнює Hth = 1,44Р при коефіцієнті податливості затяжки Kth = 0,947. Якщо припустити, що затяжка абсолютно жо-рстка, то зусилля в ній буде дорівнювати Нth.=.1,52Р.

При одноразовому монотон-ному навантаженні арок 1А-1 та 2А-1 зусилля в затяжці Нехр Ме-нше ніж при абсолютно жорсткій затяжці, якій відповідає коефіцієнт її податливості Kr = 1,0. Так, для НExp Середні експериментальні значення коефіцієнта податливості Kexp = 0,848 і Kexp,M = 0,874 (відповідно для 1А-1 та 2А-1 ). Таким чином, експериментальне значення ко-ефіцієнта податливості затяжки виявилося на 10,5 % та 7,7 % меншим (відповідно для 1А-1 та 2А-1) від теоретичного Kth = 0,947. В арках 1А-2 та 1А-3 попе-редні повторні навантаження вплинули на характер зміни зу-силля в затяжках на циклі наван-таження до руйнування. На пер-ших ступенях навантаження екс-периментальні значення зусиль НехP Були більшими ніж теоре-тичні Hth , Але меншими НR За умови абсолютно жорсткої затяж-ки.

Коли на арки попередньо діяли повторні навантаження ве-личиною Рсус = 60,0 кН, коефіцієн-ти податливості становили відпо-відно KЕхр = 0,985 і 0,912. При перевищенні цього рівня (при навантаженні до руйнування) зусилля в затяжках почало зменшуватися порівняно з теоретичними значеннями і при Р_= 90,0 кН коефіцієнт податливості зменшився до KЕхр = 0,863 (див. рис. 3).

В арках 2А-2, 2А-3, 2А-4 при напруженні затяжки значення НExp Перевищило НTh І склало Kexp,M = 1,044 (рис. 4). Це поліпшило роботу та жо-рсткість арки. Відповідно до зміни зусиль в за-тяжках змінювалися значення моментів в характерних перерізах. Внаслідок дії повто-рних навантажень вони зменшувалися в пе-рерізах на ділянках прикладання зовнішнього навантаження. В розрахункових формулах необ-хідно враховувати пластичні деформації бетону і утворення тріщин, які зменшують жорсткість криволінійного верхнього пояса арок.

Інтегральним показником впливу пласти-чних деформацій в бетоні і виникнення тріщин можуть бути прогини криволінійного бруса (рис..5).


100 80

60

40

20

П.. к1/

100 80

60 40 20

0

Н, кН

Р, кН

3

1

2

О 30 60 90 120 150

Рис. 3. Залежність зусилля в затяжці H Від зовнішнього навантаження Р :

1 - Арка 1А-1; 2 - Середнє для арок 1А-2 і 1А-3; 3 - теоретичне

Р, кН

3

1

2

0 ЗО 60 90 120 150

Та вигин внаслідок її напруження. В арках 2А-3, 2А-4 при напруженні затяжки до H_=_8 кН вигин склав F = 4,35 та F = 4,59 мм.

/'. КІІ

120

100'

Ед

2

Ч/

60~

40~

^^СГу

20

Rtt

/,Лш

0 2

10 12 14

Рис. 5. Залежність прогинів верхнього пояса арок від навантаження:

1 – арка 1А-1; 2 – перший цикл арки 1А-3;

3 – одинадцятий цикл арки 1А-3 (між кривими 1 і 3 розташовані криві, що відповідають п’ятому і десятому циклам)

Внаслідок повторних навантажень залиш-кові прогини в арках 2А-3 і 2А-4 склали 2,91 і 2,22 мм (в середньому 2,56 мм), що складає 20 % від середнього прогину на першому циклі на-вантаження. Прогини в арках при повторних на-вантаженнях, які піддавались напруженню затя-жки, на перших ступенях значно переважають прогини в арці без попереднього натягу (21 %), а кінцеві прогини практично не відрізняються (рис. 6).



image028


Рис. 4. Залежність зусилля в затяжці N Від зовнішнього навантаження:

1 – теоретичне; 2, 3 – арки 2А-1, 2А-2

При Р = 70 кН прогини пояса арок 1А-1, 1А-2 і 1А-3 на першому циклі склали відповідно F = 9,7; F = 9,2 і F = 8,4 мм при середньому значенні Fm = 9,1 мм і коефіцієнті мінливості U = 7,2 %, за якого можна вважати, що арки однорідні. При цьому криві деформування арок на перших цик-лах майже сходилися. Внаслідок повторних на-вантажень залишкові прогини в арках 1А-2 і 1А-3 склали 1,4 і 1,8 мм (в середньому 1,6 мм) або 18 % від середнього прогину на першому циклі навантаження. Повторні навантаження змінили характер кривих залежності прогинів арки. При вивченні прогинів арок другої серії необхідно враховувати податливість затяжки

Рис. 6. Залежність прогинів верхнього по -

Яса арок від навантаження:

1 – арка 2А-1; 2 –арка 2А-4


Висновки:

1. Повторні навантаження впливають на напружено-деформований стан арок. Внаслідок таких навантажень збільшується податливість затяжки, тобто зменшується її жорсткість.

2. Коефіцієнт податливості затяжки арок необхідно визначати з урахуванням пластичних деформацій і тріщиноутворення в бетоні.

3. Внаслідок повторних навантажень мо-жуть збільшитися залишкові прогини арок. Це збільшення може сягати 21 %.

4. Попереднє напруження затяжки впливає на напружено-деформований стан арок і поліп-шує роботу арки: дозволяє зменшити податли-вість затяжки, поліпшити тріщиностійкість конс-трукції.

5. Врахування залишкових змін і деформа-цій арок після повторних навантажень дозволяє уникнути негативних явищ в роботі конструкцій і поліпшити їх довговічність.

Література

1. Ільчук Н. І. Особливості роботи П– подібних залізобетонних рам при короткочасних малоциклових навантаженнях: Дис. канд. техн. наук: 05.23.01.- Луцьк, 2007.- 229 с.

2. Бабич Є. М., Філіпчук С. В. Вплив по-вторних навантажень на роботу замкнутих залі-зобетонних рам // Механіка і фізика руйнування будівельних матеріалів і конструкцій: Збірник наукових праць. - Львів: Каменяр, 2007. - Випуск 7. - С. 167 - 172.

3. Бабич Є. М., Кислюк Д. Я. „Дослідження роботи двошарнірних залізобетонних арок при короткочасному повторному навантаженні". Ре-сурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі та споруди: Збірник наукових праць Випуск 16. – Рівне : НУВГП, 2008.

4. Кислюк Д. Я., Методика експеримента-льних досліджень роботи двошарнірних залізобе-тонних арок при повторних навантаженнях // Ре-сурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі та споруди: Збірник наукових праць. Рівне: Видав-ництво Національного університету водного гос-подарства та природокористування, 2005. - Ви-пуск 12.- С. 169 – 174.

5. Мурашев В. И., Сигалов З. Е., Байков_В. Н. Железобетонные конструкции. Москва: Госст-ройиздат, 1962. – 659 с. УДК 624.154.34.001.4

А. М. Самедов, д. т.н., проф.; И. В. Мигаль, НТУУ "КПИ", Киев

Похожие статьи