ПРИМЕНЕНИЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОНА МАШИНОСТРОЕНИИ

Усилия в анкерах длиномерной закладной детали

В практике проектирования железобетонных базовых дета­лей бывают случаи, когда действующая на закладную деталь эксплуатационная нагрузка приложена на небольшом участке ее длины. При определении расчетных напряжений в анкерах закладной детали следует учитывать, что в работу будет вовлечен участок детали, больший того, к которому непосредственно при­ложена нагрузка, и, следовательно, на анкеры, находящиеся в зоне приложения усилия, придется толькочасть полной нагрузки.

В данном разделе статьи рассматривается приближенный способ определения усилий в анкерах таких деталей при действии выдергивающей силы (это имеет место, например, в растянутой зоне направляющей).

Для решения поставленной задачи проводились теоретические и экспериментальные исследования на образце упрощенной конструкции.

Конструкция образца. Для исследования была принята метал­лическая закладная деталь длиной 2200 мм, сечением 200 х X 20 мм, с двумя рядами анкеров периодического профиля диаметром 20 мм и длиной 200 мм. Расстояние между анкерами по длине пластины было принято 250 мм, расстояние между ря­дами — 160 мм.

Закладная деталь крепится к блоку из бетона марки «500». Внешняя выдергивающая сила принята приложенной к середине закладной детали на участке длиной 200 мм.

Расчет системы. Для решения задачи пользовались известным в строительной механике способом расчета многопролетной не­разрезной балки на упруго смещающихся опорах. При этом металлическая закладная деталь рассматривалась как неразрез­ная балка с пролетом, равным расстоянию между опорами, а стержни из арматуры периодического профиля, заделанные в бе­тон, — как опоры.

Поскольку рассматриваемая закладная деталь фактически крепится к бетону двумя рядами анкеров, вся система является пространственной. Для упрощения решения задачи систему рас­сматривали как плоскую, для чего в расчет ввели следующие допущения:

Расчетную ширину балки уменьшили в 2 раза по сравнению с фактической;

Приняли один ряд анкеров с сохранением их фактического диаметра и шага;

Анкеры расположили посередине расчетной ширины балки;

Расчетную величину нагрузки считали в 2 раза меньше факти­ческой, сохранив интенсивность ее действия;

Сцеплением пластинки закладной детали с бетоном пренебре­гали.

Расчетная схема приведена на фиг. 5. Способ расчета балки с упруго смещающимися опорами в данной статье не приводится, так как он подробно изложен в «Курсе строительной механики стержневых систем» Рабиновича М. М. Специфичным в данном расчете является лишь определение коэффициента податливо­сти опор.

Поскольку коэффициент податливости опоры С есть изменение ее длины, вызванное единичной продольной силой, то можно считать, что он равен смещению в бетоне загруженного сечения анкера go на длине заделки I при напряжении в нем о0, вызван­ном действием единичной произвольной силы Р. Тогда с =

Q=Wm/M

ЛІ_______ ШІІ1ІІ___________ ZL

_ЖЙШ_

S^p ^f

Фиг. 5. Расчетная схема.

Для подсчета этого коэффициента пользовались формулой, предложенной Т. И. Астровой для определения удлинения стер­жня в бетоне на упругой стадии работы:

А о0 (Ue~u 4-е~и - 1 \ m

Во = ТгМ------------- ^xrz^----------- )' 0)

Где Еа — модуль упругости стали;

I — длина заделки анкера в бетон;

К—параметр сцепления, определяемый практически.

Формула (1) применима при эксплуатационном напряжении в анкере не более 1000 кГ/см2. Удлинение стержня в бетоне 60 может принято равным смещению g0.

Если в рассматриваемой балке конструкция анкеров одинако­вая, то значения g0 для всех стержней равны.

Удлинение опор равно усилию в анкере, умноженному на соот­ветствующий коэффициент податливости.

Составив и решив систему канонических уравнений и опреде­лив неизвестные моменты в опорах, можно определить в них опорные реакции. Эти реакции и являются искомыми усилиями 4J4
в стержнях, вызванными внешней нагрузкой, приложенной к за­кладной детали.

На фиг. 10 приведена теоретическая кривая распределения усилий между анкерами при нагрузке 16 т. Для проверки спра­ведливости решения аналогичный образец был исследован экспе­риментально.

Экспериментальные исследования. Смещения верхней пластины закладной детали относительно бетонного блока под действием нагрузки измерялись при помощи индикаторов, установленных над всеми анкерами и в средней части балки (фиг. 6 и 7). Для

Определения усилия в анкерах при действии нагрузки использо­вались усредненные показания тензодатчиков, поставленных у за­груженного сечения анкеров.

Исследование напряженного состояния бетона между анке­рами проводилось с помощью глубинных тензодатчиков.

Первоначальное нарушение сцепления верхней пластины с бе­тоном произошло в зоне III приложения нагрузки (0,5—1,0 т). При нагрузке 16 т эта зона составляла 500 мм, распространив­шись до стержней 4; 6 и 13; 15.

Измерение индикаторами показало, что при первом цикле загружения от Одо 16mдеформация пластины развивалась в обоих направлениях симметрично относительно осей образца. Однако пластина имела изгиб в двух направлениях.

Смещение стержня 5 в середине пролета при данной нагрузке составляло 153 мк. При 40 циклах загружения (16 т) наблюдалось некоторое перераспределение усилий между анкерами, вследствие чего смещение стержня 5 уменьшилось до 133 мк.

При повышении нагрузки на образец прогиб пластины увели­чился с проявлением некоторой несимметричности относительно середины образца. При нагрузке 30 m зона нарушения сцепления между пластиной и бетоном увеличилась до 790 мм, т. е. до анке­ров 4; 13; 7 и 16.

28* 435

Разрушение образца произошло при нагрузке 31 т в резуль­тате отрыва анкеров 5 и 14 от пластины, что сопровождалось смещением загруженных сечений остальных анкеров.

Показания индикаторов при этом свидетельствовали о пол­ном нарушении сцепления пластины с бетоном по всей длине об­разца.

Продольные ряды анкеров были загружены в разной степени (фиг. 8). Так, при первом цикле загружения 16 т стержень 5

В загруженном сечении имел деформацию растяжения є0 = = 1432-16"6, а стержень 14 деформацию е0 = 902-1СГ6. В анке­рах 4\ 6; 13 и 15 деформации растяжения колебались в пределах от 157-10-6 до 215-10-6. Во всех остальных стержнях под дей­ствием нагрузки деформаций не наблюдалось.

Сравнив эти данные с показаниями индикаторов, можно видеть, что при первом цикле загружения 16 т нагрузка воспри­нималась только шестью средними анкерами. После 40 циклов загружения той же нагрузкой усилие между анкерами несколько перераспределилось и воспрнималось тремя парами анкеров.

При увеличении нагрузки сверх 16 т в средних стержнях (5 и 14) появилась текучесть стали, что вновь привело к пере­распределению усилий между всеми соседними анкерами. 436

Для проверки полученных значений относительных деформа­ций в загруженных сечениях стержней были построены экспери­ментальные кривые распределения деформаций по всей - длине их заделки в бетоне.

Что эта часть усилия воспринималась силами сцепления пластины с бетоном на участках между стержнями 4\ 6 и 14\ 16.

Глубинные датчики, установленные между анкерами, в сред­нем продольном сечении образца замеряли деформации бетона в вертикальном направлении

А — схема расположения тензодатчиков; б — график относительных деформаций бетона при загружении; I — глубинные тензодатчики; II — относительные деформации бетона при нагрузке 16 т (шестой цикл загружения); III — то же, при нагрузке 16 m (38-й цикл загружения); IV — то же, при нагрузке 25 m (первый цикл загружения).

Датчиков на глубине до 130—220 мм от металлической пластины, зафиксировали деформации сжатия. Наибольшее значение сжатия было отмечено вблизи пластины при первом цикле загружения нагрузкой 16 т (еб = —32 • 10~6 ч - 36 • 10~6).

По мере удаления от пластины деформации сжатия уменьша­лись и затем перешли в деформации растяжения небольшого значения (г6= 10-10'6^15-10'6). 438

Деформации сжатия в бетоне можно объяснить сопротивлением бетонного массива действию выдергивающей силы, приложенной к стержню. Возникает оно за пределами растянутой зоны бетона, прилегающей к стержню, и свидетельствует о том, что деформация бетона вокруг одного анкера не оказала влияния на смещение соседнего анкера и податливость опоры в заделке зависела только от По­следовательно, в данном случае было справедливо рассматри­вать анкера в расчете как самостоятельные опоры.

Фиг. 10. Распределение усилий между анкерами:

1 — экспериментальные значения (усредненные); 2 — теоретиче­ские значения.

Сравнение экспериментальной кривой распредления усилий между анкерами с расчетной показало довольно близкое совпадение.

Разница усилий, подсчитанная для стержней 5 и 14, состав­ляет всего лишь 6%, что вполне допустимо (фиг. 10).

Если работа одного анкера оказывает влияние на смещение другого анкера, то податливость опор будет несколько выше, чем та, которая может быть определена по формуле (1). В этом случае при сильном сближении анкеров будет правильнее заклад­ную деталь рассчитывать как балку на упругом основании.

Выводы

Усилия в анкерах длиномерной закладной детали, подвержен­ной действию выдергивающей силы на небольшом участке ее длины, могут быть определены путем расчета этой детали как многопролетной неразрезной балки на упруго смещающихся опорах с учетом характеристики податливости анкеров в бетоне.

Расстояние между анкерами при этом должно быть не менее 6 диаметров стержня.

В расчете необходимо учитывать возможный эксцентрицитет приложения нагрузки.