Тріщиностійкість похилих перерізів косозігнутих залізобетонних елементів таврового профілю

Розділ 2 
Методика проведення експериментальних досліджень
2.1. Фактори, що впливають на тріщиностійкість похилих перерізів
При побудові моделі похилого перерізу вплив одних чинників переважає інші.
Найкращу можливість для оцінки ступеню залежності тріщиностійкості від того чи
іншого фактора дослідники отримують, використовуючи чисельні методи та факторні
плани експериментів, як у роботах [76, 75]. Проте такий підхід у дослідженнях
тріщиностійкості не набув широкого застосування.
2.1.1. Форма поперечного перерізу
Форма поперечного перерізу значно впливає на тріщиностійкість залізобетонних
елементів. При прямокутній формі в елементах з постійною висотою перерізу сила
тріщиноутворення лінійно залежить від розмірів поперечного перерізу та . Для
елементів зі змінною висотою поперечного перерізу зберігаються
основ­ні закономірності тріщиноутворення [104]. Особливості їх роботи полягають
в тому, що нормальні до поздовжньої осі тріщини утворюються і розвиваються
нормально до розтягнутої грані, а зона руйнування бетону над похилою тріщиною
розташована паралельно стиснутій грані. При цьому місце руйнування бетону
стис­нутої зони над вершиною похилої тріщини зміщується від точки прикладення
зосередженої сили до опори при збільшенні кута нахилу підрізки.
Проведені О.А. Кодак [68] в Полтавському національному технічному університеті
ім. Ю.Кондратюка експериментально-теоретичні дослідження дозволили виявити
основні закономірності появи і розвитку похилих тріщин в прямокутних
залізобетонних елементах без попереднього напруження (рис.2.1). Для таврових,
двотаврових та іншого профілю елементів такі дослідження не проводились.
Найбільш ефективною формою поперечного перерізу залізобетонних конструкцій, що
працюють на згин, як відомо, є тавр. Завдяки наявності полиці в стиснутій зоні
бетону підвищується несуча здатність елемента, тому легко пояснити широку
розповсюдженість таврових елементів серед залізобетонних конструкцій.
В балках таврового і двотаврового поперечного перерізу похила тріщина другого
типу утворюється в стінці і розвивається у напрямку до стиснутої і розтягнутої
граней елемента. Коли тріщина сягає стиснутої полиці, тріщина проникає в неї чи
розвивається далі вздовж її нижньої грані на деяку відстань, а потім проникає в
полицю. В залежності від розмірів полиці руйнування у стиснутій зоні
відбу­ва­єть­ся по всій ширині () або по обмеженій поверхні (). Для елементів з
розвинутою полицею характерним є утворення перед руйнуванням
поздовжніх тріщин в місці примикання полиці до ребра.
В таврових і двотаврових елементах без поперечної арматури стиснута полиця
через особливості тріщиноутворення майже не впливає на міцність похилого
перерізу [7, 8, 108]. Після появи критична похила тріщина, не проникаючи в
полицю, розвивається вздовж її нижньої грані і, відділені тріщиною від ребра,
звиси полиці не включаються в роботу.
Є.В. Клименко [63] відзначає, що зі зменшенням розмірів полиці ширина розкриття
похилих тріщин збільшується як при плоскому, так і при косому згині. При
випробуванні балок таврового профілю значне розкриття похилих тріщин, їх
розвиненість сприяли тому, що руйнування не було несподіваним. Автор відмічає,
що наявність як поперечної арматури, так і полиці в стисненій зоні сприяє
плас­тичному характеру руйнування елемента.
В сучасних нормах проектування залізобетонних конструкцій наявність полиці в
стисненій зоні при розрахунках на міцність і тріщиноутворення враховується
коефіцієнтом , який визначається за формулою
. (2.1)
Дослідження широкополичних елементів без поперечної арматури, проведені К.Г.
Ашкінадзе [4, 5], виявили, що їх руйнування в площині зрізу відбувається від
продавлювання полиці стінкою по трапецеїдальному перерізу, бічні грані якого
лежать під кутом 45°. При товщині полиці, що перевищує товщину стінки більш,
ніж у 2,34 рази відбувається перехід до нової форми руйнування – пластичного
зминання бетону полиці стінкою. Подальше збільшення товщини полиці елементів не
призводить до збільшення несучої здатності.
2.1.2. Проліт зрізу
Вплив відносного прольоту зрізу на тріщиностійкість похилого перерізу було
досліджено в роботі В.П. Митрофанова [91]. Він довів, що зі збільшенням
прольоту зрізу (при однопрольотній балці, завантаженій однією зосередженою
силою) поперечна сила утворення похилої тріщини зменшується, аналогічно
зменшенню несучої здатності похилого перерізу.
Нормативна методика не розглядає загальних випадків завантаження, коли
одночасно враховується вплив згинального моменту і поперечної сили [66] і
враховує ці зусилля окремо [67]. Розглядаючи випадок завантаження балки однією
зосередженою силою О.С. За­лєсов та Ю.А. Клімов [108] відзначають, що в
непереармованих елементах при відносних прольотах зрізу =4...6 для балок без
поперечної арматури і =2...3 для балок з поперечною арматурою відбувається
перехід від руйнування по похилому перерізу від переважаючої дії поперечної
сили до руйнування по нормальному перерізу від переважаючої дії згинального
мо­менту.
В балках без поперечного армування при зменшенні прольоту зрізу з 4...6 до
2...2,5 несуча здатність елементів, що руйнуються по похилому перерізу, зростає
несуттєво (рис. 2.2). Руйнування відбувається одночасно з утворенням похилої
тріщини, як правило, по стиснутій зоні в результаті роздроблення бетону над
вершиною похилої тріщини, біля місця прикладення зосередженої сили.
Зменшення відносного прольоту зрізу від 2...2,5 до приводить до
збіль­шення несучої здатності балок без поперечної арматури. При цьому
утворення критичної похилої тріщини відбувається при навантаженні, що значно
менше руйнівного. Похила тріщина розвивається практично прямо