Особенности напряженно-деформированного состояния в балке при действии изгибающего момента

При чистом изгибе железобетонной балки напряжения существуют в сечениях, нормальных к продольной оси элемента. В процессе ступенчатого нагружения в этих сечениях можно отметить 3 характерных стадии работы.

Стадия I – стадия упругой работы бетона. Напряжения в бетоне и арматуре малы, в них развиваются преимущественно упругие деформации. Эпюры напряжений в бетоне сжатой и растянутой зон – близкие к треугольным (рис. 3.1, а).

С увеличением нагрузки в бетоне растянутой зоны развиваются неупругие деформации, эпюра напряжений становится криволинейной. Когда напряжения в бетоне на растянутой грани достигают предела прочности на растяжение , наступает стадия I а (рис. 3.1, б).

Стадия II – наступает с появлением трещин в растянутой зоне бетона (рис. 3.1, в). Растягивающие напряжения в сечении с трещиной воспринимаются только растянутой арматурой. С увеличением нагрузки эпюра напряжений в сжатом бетоне искривляется, но напряжения всегда остаются меньшими предела прочности на сжатие . Напряжения в растянутой арматуре в конце стадии II (стадия II а) могут достигать предельной величины (рис. 3.1, г).

е) г) б) в) а) д)

Рис. 3.1 Стадии напряженно-деформированного состояния сечений балки при изгибе

Стадия III – стадия разрушения. Разрушение изгибаемых железобетонных элементов могут произойти по одному из двух случаев.

Случай 1 (рис. 3.1, д). С достижением в растянутой арматуры физического предела текучести в ней развиваются большие пластические деформации. Трещины увеличиваются по ширине и высоте, уменьшается высота сжатой зоны бетона. Это приводит к росту напряжений в сжатом бетоне, и когда они достигают предела прочности , происходит раздробление бетона сжатой зоны и разрушение балки (рис. 3.2).

Рис. 3.2 Характер разрушения железобетонной балки по нормальному сечению при изгибе

По характеру рассмотренное разрушение является пластическим и происходит при постоянной или незначительно увеличивающейся нагрузке. Непосредственно перед разрушением прогиб балки может достигать 1/25…1/50 пролета, а ширина раскрытия трещин 5…10 мм.

Случай 2 (рис. 3.1, е). Напряжения в растянутой арматуре никогда не превышают предела текучести. С ростом нагрузки напряжения в сжатом бетоне увеличиваются до предельного значения и происходит его разрушение. Рассмотренный характер разрушения наблюдается в элементах с избыточным содержанием растянутой арматуры (переармированных).

Характер разрушения по случаю 2 – хрупкий, разрушение происходит при малых прогибах инезначительной ширине раскрытия трещин.

Хрупко также разрушаются слабоармированные элементы иэлементы, армированные холодиодеформированной твердой сталью с низкой предельной растяжимостью (менее 3…4%).

Случай разрушения может быть определен по следующему выражению: – случай 1, – случай 2, где и – соответственно относительная высота сжатой зоны бетона иее граничное значение.

В данной лабораторной работе разрушение балки происходит по случаю 1, как наиболее характерному для нормальных сечений железобетонных конструкций, используемых в промышленном и гражданском строительстве.

Стадии напряженного состояния положены в основу расчета железобетонных элементов по предельным состояниям. Так, расчет по несущей способности (прочности, устойчивости формы и положения, выносливости, одновременному действию силовых факторов и неблагоприятных условий среды) производится на стадии Ш. Расчет по образованию трещин – на стадии Iа; по раскрытию трещин и их закрытию – на стадии II; по деформациям – на стадии I или II в зависимости от наличия трещин.