К методике расчета железобетонных внецентренно сжатых колонн
Аннотация
Сформулированы основные положения метода расчета железобетонных конструкций на основе общих физических знаков. Приведены предпосылки разработанного метода.
Ключевые слова: железобетонные стойки, метод расчета, напряженное состояние, параметры диаграмм
Для надежного проектирования железобетонных внецентренно сжатых стоек необходимо располагать методом расчета, позволяющим определять напряженно-деформированное состояние конструкций о 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/dB = 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.
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/Rв или вti = вti/Rвt. 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 RB и BR при RBt и Bt, умножая их на соответствующие коэффициенты γRв и γB или γRвt и γBt . 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 XB или растянутой XBt зон изменяются по закону деформирования трансформированных, диаграмм "в(вt) - в(вt)". При этом напряжения могут изменяться от, нуля до γRв · Rв (γRвt · Rвt ) и деформации от нуля до значений больших γεвR · εвR (γεвRt · εвRt)
- 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.
Литература
-
Сухман В.Ф. Прочность и жесткость кососжатых железобетонных колонн каркасов промышленных зданий. Автореф. дисс…. канд. техн. наук, - М., 1987, с. 22.
-
Маилян Д.Р., Хунагов Р.А. Расчет двухслойных предварительно напряженных железобетонных панелей. Вестник Майкопского государственного технического университета, №4, 2011, с. 22-27.
-
Маилян Д.Р., Ахмед Аббуд. Проектирование рациональных керамзитофибробетонных элементов со смешанным армированием. Монография. Сирия, 2010, с. 85.