Железобетон

Три стадии напряженно-деформированного состояния

81

Опыты с различными железобетонными элементами— изгибаемыми, внецентренно растянутыми, внецентренно сжатыми с двузначной эпюрой напряжений —показали, что при постепенном увеличении внешней нагрузки мож­но наблюдать три характерные стадии напряженно-де­формированного состояния: стадия I — до появления трещин в бетоне растянутой зоны, когда напряжения в бетоне меньше временного сопротивления растяжению и растягивающие усилия воспринимаются арматурой и бе­тоном совместно; стадия II — после появления трещин в бетоне растянутой зоны, когда растягивающие усилия в местах, где образовались трещины, воспринимаются ар-

6—943

Матурой и участком бетона над трещиной, а на участках между трещинами — арматурой и бетоном совместно; стадия III — стадия разрушения, характеризующаяся от­носительно коротким периодом работы элемента, когда напряжения в растянутой стержневой арматуре достига­ют физического или условного предела текучести, в высокопрочной арматурной проволоке—временного со­противления, а напряжения в бетоне сжатой зоны — вре­менного сопротивления сжатию; в зависимости от сте-

Стадия Ш

Стадия 1Стадия П. случай 1 _ <*«/?'- Случай2 _

%_/. | Ъ !,

Kit <Vs Трещина

(6OjiAs)

6SAS < 6YAs

Рис. II.1. Стадии напряжеиио-деформироваииого состояния в нор­мальных сечениях при изгибе элемента без предварительного напря­жения

Пени армирования элемента последовательность разру­шения зон растянутой и сжатой может изменяться.

Рассмотрим три стадии напряженно-деформирован­ного состояния в зоне чистого изгиба железобетонного элемента при постепенном увеличении нагрузки (рис. ІІ.1).

Стадия 1. При малых нагрузках на элемент напря­жения в бетоне и арматуре невелики, деформации носят преимущественно упругий характер; зависимость между напряжениями и деформациями линейная и эпюры нор­мальных напряжений в бетоне сжатой и растянутой зон сечения треугольные. С увеличением нагрузки на эле­мент в бетоне растянутой зоны развиваются неупругие деформации, эпюра напряжений становится криволиней­ной, напряжения приближаются к пределу прочности при растяжении. Этим характеризуется конец стадии I. При дальнейшем увеличении нагрузки в бетоне растя­нутой зоны образуются трещины, наступает новое каче­ственное состояние.

Стадия II. В том месте растянутой зоны, где обра­зовались трещины, растягивающее усилие воспринимает­ся арматурой и участком бетона растянутой зоны над трещиной. В интервалах растянутой зоны между трещина­ми сцепление арматуры с бетоном сохраняется, и по ме­ре удаления от краев трещин растягивающие напряже­ния в бетоне увеличиваются, а в арматуре уменьшаются. С дальнейшим увеличением нагрузки на элемент в бето­не сжатой зоны развиваются неупругие деформации, эпюра нормальных напряжений искривляется, а ордина­та максимального напряжения перемещается с края се­чения в его глубину. Конец стадии II характеризуется началом заметных неупругих деформаций в арматуре.

Стадия III, или стадия разрушения. С дальнейшим увеличением нагрузки напряжения в стержневой арма­туре достигают физического или условного предела те­кучести; напряжения в бетоне сжатой зоны под влияни­ем нарастающего прогиба элемента и сокращения высо­ты сжатой зоны также достигают временного сопротив­ления сжатию. Разрушение железобетонного элемента начинается по арматуре растянутой зоны и заканчива­ется раздроблением бетона сжатой зоны. Такое разру­шение носит пластический характер, его называют слу­чаем 1. Если элемент в растянутой зоне армирован вы­сокопрочной проволокой с малым относительным удли­нением при разрыве (~4 %), то одновременно с разрывом проволоки происходит и раздробление бетона сжа­той зоны, разрушение носит хрупкий характер, его так­же относят к случаю 1.

В элементах с избыточным содержанием растянутой арматуры — переармированных — разрушение происхо­дит по бетону сжатой зоны, переход из стадии II в ста­дию III происходит внезапно. Разрушение переармиро­ванных сечений всегда носит хрупкий характер при не­полном использовании растянутой арматуры; его называют случаем 2.

Ненапрягаемая арматура сжатой зоны сечения в ста­дии III испытывает сжимающие напряжения, обуслов­ленные предельной сжимаемостью бетона os = eUbEs.

6*

83

Сечения по длине железобетонного элемента испыты­вают разные стадии напряженно-деформированного со­стояния; так, в зонах с небольшими изгибающими мо­ментами— стадия" I, по мере возрастания изгибающих моментов — стадия II, в зоне с максимальным изгибаю­
щим моментом — стадия III. Разные стадии напряжен­но-деформированного состояния железобетонного эле­мента могут возникать и на различных этапах—при изготовлении и предварительном обжатии, транспортиро­вании и монтаже, действии эксплуатационной нагрузки.

ІУсилие обжатия

Сжатие

Рис. II.2. Напряжения в бетоне в нормальных сечениях при изгибе предварительно напряженного эле­мента

А — при обжатии; б — после ариложеиия внешней нагрузки, ста­дия I

При обжатии в предварительно напряженном элемен­те возникают довольно высокие напряжения. Под влия­нием развития неупругих деформаций эпюра сжи­мающих напряжений при­обретает криволинейное очертание. В процессе по­следовательного загруже - ния внешней нагрузкой предварительные сжима­ющие напряжения пога­шаются, а возникающие растягивающие напряже­ния приближаются к вре­менному сопротивлению бетона растяжению (рис. II.2). Перемещение в глубь сечения ординаты с максимальным напря­жением на криволинейной эпюре оь=еьЕь обусловлено последовательным увеличением значений еь и одновре­менным уменьшением Еь от оси к внешнему краю сече­ния. Особенность напряженно-деформированного со­стояния предварительно напряженных элементов прояв­ляется главным образом в стадии I. Внешняя нагрузка, вызывающая образование трещин, значительно увеличи­вается (в несколько раз), напряжение в бетоне сжатой зоны и высота этой зоны также значительно возрастают. Интервал между стадиями I и III сокращается. После образования трещин в стадиях II и III напряженные со­стояния элементов с предварительным напряжением и без него сходны.