РАЗДЕЛ 2
ПРИНЦИПЫ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ
СТАЛЕЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ НЕРАЗРЕЗНЫХ БАЛОК
2.1. Экспериментальное обоснование целесообразности локального
обжатия сталежелезобетонных балок с железобетонной полкой
в растянутой зоне
Цель данных экспериментальных исследований состоит в установлении закономерностей деформирования и исчерпания несущей способности локально предварительно напряженных сталежелезобетонных изгибаемых элементов в случае, когда железобетонная полка находится в растянутой зоне, и оценке эффективности влияния на них локального обжатия различных уровней.
Оценка эффективности предложенного усиления локальным обжатием сталежелезобетонных элементов обусловила необходимость параллельного исследования аналогичных элементов без указанного обжатия, что обеспечило возможность количественного и качественного сопоставления характера их работы под нагрузкой.
Обеспечение совместности работы стальной балки и железобетонной плиты, эффективность анкеров являются основой предлагаемой конструкции. Поэтому в проведенных испытаниях особое внимание уделялось оценке отсутствия деформаций сдвига бетона железобетонной плиты относительно полки стальной балки в местах их контакта.
Соблюдение гипотезы плоских сечений в целом для сечения также служит подтверждением совместности работы железобетонной плиты и стальной балки. Проверка выполнения гипотезы плоских сечений обусловила необходимость экспериментального установления закономерности изменения деформаций по высоте сечения сталежелезобетонной конструкции.
Так как предлагаемая сталежелезобетонная конструкция является статически неопределимой системой, представилось необходимым экспериментально определить усилия натяжения в напрягаемой арматуре в момент исчерпания несущей способности конструкции, что обеспечивало раскрытие статической неопределимости и расчетное выявление деформаций, напряжений, усилий, необходимых для сопоставления с аналогичными значениями, полученными в расчетах по разработанной методике. Указанное также служит оценкой приемлемости предлагаемой методики расчета.
Изложенное выше позволяет сформулировать основные задачи настоящего экспериментального исследования:
1. Экспериментально выявить закономерности деформирования и исчерпания несущей способности локально предварительно напряженных сталежелезобетонных балок с железобетонной полкой в растянутой зоне.
2. Сопоставить результаты испытаний балок с локальным обжатием и аналогичных сталежелезобетонных изгибаемых элементов без обжатия, выявить степень влияния предварительного напряжения и его уровня на эффективность работы конструкций.
3. Экспериментально установить параметры натяжения и деформирования конструкции при обжатии, сопоставить их с аналогичными, полученными расчетом.
4. Определить закономерность распределения деформаций по высоте сечения сталежелезобетонного элемента, проверить справедливость выполнения гипотезы плоских сечений для сечения в целом.
5. Определить деформативно-прочностные свойства бетона и стали, примененных для изготовления испытанных образцов сталежелезобетонных элементов.
Экспериментальные исследования проведены в лаборатории кафедры железобетонных и каменных конструкций ХГТУСА.
В эксперименте испытывались три типа балок. Первый тип представляла сталежелезобетонная балка Б-1 без предварительного напряжения. Остальные два типа балок были с локальным предварительным напряжением и стрелкой оттягивания различного уровня: у балки БН-1 напряжения в арматурных стержнях составили ?sp1 = 70 МПа, стрелка оттягивания ? =? 20 мм, у балки БН-2 соответственно ?sp2 = 210 МПа и ?? =? 40 мм. Указанное позволяло по результатам испытаний установить степень влияния локального предварительного напряжения на трещиностойкость железобетонной полки, несущую способность, жесткость сталежелезобетонных изгибаемых элементов с полкой в растянутой зоне. Таким образом, моделировалась работа опорной зоны неразрезной балки.
Каждая сталежелезобетонная балка состояла из стального двутавра № 16 и железобетонной полки толщиной 60 мм, шириной 250 мм. Связь между стальным двутавром и железобетонной полкой обеспечивалась с помощью противосдвиговых анкеров, приваренных к верхней (будущей нижней) полке двутавра в первом типе балок с шагом S = 150 мм по всей длине балки, во втором и третьем типах балок на длине 450 мм от концов балки с шагом S = 150 мм, в зоне локального предварительного напряжения противосдвиговые анкеры не устанавливались.
Железобетонная полка была армирована продольными стержнями 3?5 мм класса Вр-I. Перпендикулярно указанным продольным стержням привязывались поперечные стержни ? 5 мм класса Вр-I, шаг 150 мм.
Длина каждой балки составляла l = 2500 мм.
Предварительное напряжение создавалось двумя стержнями ? 16 мм серповидного профиля класса А500С, приваренными к наружной грани верхней полки двутавра. Стержни приваривались на расстоянии 525 мм от концов балок, длина зоны приварки 100 мм. Привариваемые стержни располагались каждый на расстоянии 15 мм от боковой грани полки двутавра.
Локальное предварительное напряжение предусматривалось создавать в стальной балке до бетонирования.
Конструкции образцов балок для испытаний приведены на рис. 2.1.
Изготовление образцов балок для испытаний началось с приварки к верху верхних полок двутавров противосдвиговых анкеров. Затем приваривались напрягаемые арматурные стержни.
Рис. 2.1 Конструкции образцов балок для испытаний
Оттягивание напрягаемой арматуры выполнялось с помощью специального ручного винтового домкрата (рис. 2.2). Величины усилия натяжения Nsp,и напряжения в арматуре ?sp определялись по величине ее деформации ?sp. Деформации измерялись с помощью закрепленного к арматуре рычажного тензометра с ценой деления 0,001 мм, базой 20 мм. Стальные балки при осуществлении их предварительного напряжения показаны на рис. 2.2. По достижении заданной величины натяжения арматуры