Особенности напряженно-деформированного состояния в балке при совместном действии поперечной силы и изгибающего момента

При поперечном изгибе, т.е. совместном действии поперечной силы и изгибающего момента главные напряжения действуют под некоторым углом к продольной оси элемента, поэтому в растянутой зоне появляются наклонные трещины. В процессе нагружения элемента в нем наблюдаются те же три характерных стадии напряженного состояния, что и в нормальных сечениях при чистом изгибе: стадия упругой работы бетона, стадия работы с трещинами и стадия разрушения (см. лабораторную работу № 3).

Разрушение изгибаемых элементов по наклонным сечениям может произойти по одной из трех причин и соответственно по одной из трех схем:

1. От раздробления стенки между наклонными трещинами действием главных сжимающих напряжений. По характеру разрушение является хрупким. Этот тип разрушения не является характерным для изгибаемых элементов, встречается относительно редко, главным образом в сильно нагруженных балках таврового идвутаврового профилей. Считается, что прочность элемента на действие главных сжимающих напряжений обеспечена, если соблюдается условие [1]:

. (4.1)

Здесь

, (4.2)

– коэффициент, учитывающий влияние хомутов, определяемый по формуле (но не более 1,3):

. (4.3)

Опытная балка изготавливается и испытывается таким образом, что это условие соблюдается всегда.

2. Разрушение от действия изгибающего момента, когда части элемента, разделенные наклонной трещиной, поворачиваются вокруг мгновенного центра вращения, находящегося на пересечении наклонной трещины с равнодействующей усилий в сжатой зоне бетона, характер разрушения – пластический, разрушение происходит при больших деформациях, значительной ширине раскрытия трещин и аналогичен случаю I разрушения нормальных сечений.

Однако для реальных конструкций разрушение по наклонному сечению от действия изгибающего момента не является характерным, поскольку прочность наклонных сечений обычно не ниже прочности нормальных. Наклонные сечения на действие изгибающего момента обычно не рассчитывают, а предусматривают лишь ряд конструктивных мероприятий.

3. Разрушение от действия поперечной силы, при котором после среза сжатого бетона происходит смещение по вертикали частей балки, разделенных наклонной трещиной (рис. 4.1, в). По характеру этот вид разрушения является хрупким и происходит при незначительных деформациях и малой ширине раскрытия трещин. Разрушение балки в рассматриваемой лабораторной работе предусмотрено именно по этому случаю, как наиболее характерному.

В наклонных сечениях изгибаемых элементов поперечная сила воспринимается бетоном сжатой зоны, хомутами и отгибами (в опытной балке отгибы не установлены).

в) б) в) а)

Рис. 4.1 Характер разрушения изгибаемых элементов по наклонному сечению от действия: а – главных сжимающих напряжений; б – изгибающего момента; в – поперечной силы

В виду неравномерного раскрытия наклонных трещин работа хомутов и отгибов, расположенных в трещине ближе к сжатой зоне, используется не полностью. Поэтому в расчетные формулы вместо расчетного сопротивления арматуры хомутов вводится заниженное на 20% значение .