С разрушением по нормальному сечению

1. Цели работы

Цели работы следующие:

1/ проследить за характером работы балки при изгибе, обращая особое внимание на процесс образования и развития нормальных трещин;

2/ исследовать характер деформирования сжатой и растянутой зон балки, а также всей конструкции под нагрузкой (построить зависимости прогибов, напряжений в арматуре и бетоне от действующего момента);

3/ экспериментально установить момент разрушения балки по одному из следующих признаков:

- разрушилась сжатая зона бетона;

- напряжения в арматуре достигли предела текучести (процесс сопровождается интенсивным ростом деформаций практически без увеличения нагрузки);

- ширина раскрытия трещин превысила 3 мм;

- прогиб балки в середине пролета превысил 1/50 пролета;

4/ определить теоретически основные характеристики балки (несущую способность по нормальному сечению, прогиб и ширину раскрытия нормальных трещин) и сравнить их с экспериментальными значениями.

2. Образцы, приборы и оборудование

В качестве основного экспериментального образца используется железобетонная балка, выполненная из тяжелого бетона, армированная ненапряженной арматурой по схеме, приведенной на рис.4.

Испытываемая конструкция представляет собой железобетонную балку длиной L, шириной b и высотой h. Балка армирована одной плоской сеткой с рабочей арматурой A_s в нижней растянутой зоне.

Перед началом работы необходимо визуально освидетельствовать опытный образец и установить имеющиеся в нем дефекты, после чего произвести обмер балки, установив фактические размеры сечения. Параметры, необходимые для дальнейшей работы, приведены в табл.8.

Таблица 8

Параметры балки, необходимые для расчета, и их величины,

полученные при фактических обмерах

Параметр	Длина l, см	Высота h, см	Ширина b, см	Полезная высота * h0, см	Арматура*	lsh, см
Ø, мм	Класс	As, см2
Величина

* h₀ и параметры арматуры уточняются после разрушения балки.

Для контроля относительных и абсолютных деформаций на поверхность балки устанавливаются следующие приборы.

Тензометры Т_1÷2 Аистова Н.Н. на базе 100 мм по одному: на верхнем, наиболее сжатом, волокне бетона и на растянутой арматуре.

Точность составляет ± 0,001 мм, что для относительных деформаций при базе прибора 100 мм составит ± 0,001:100 = ±10^-5 относительных единиц деформаций. Такова же цена деления тензометра.

Для определения прогиба балки устанавливаются три индикатора И_1÷3 часового типа. Два крайних из них фиксируют вертикальные смещения балки на опорах за счет обмятия бетона и смятия прокладок, а средний показывает полные вертикальные деформации среднего сечения. Цена деления индикатора 0,01 мм; его точность составляет ± 0,01 мм.

Ширина раскрытия трещин определяется с помощью оптического микроскопа с ценой деления 0,05 мм.

Балки испытываются на универсальной испытательной машине марки ГМС-50 на 5-ти тонной шкале. Нагрузка определяется на силоизмерителе пресса. Схема испытаний приведена на рис. 5.

Результаты испытаний балки	Таблица 2	Трещины, мм			П Р И М Е Ч А Н И Я: 1. Изгибающий момент определяется из выражения M = P∙lsn/2.	2. Напряжения в бетоне σb = ∑Δ Т1∙Eb∙10 -5, σs = ∑Δ Т2∙Es∙10 -5
Прогиб, мм   f =∑ΔИ2 – (∑ΔИ1+∑ΔИ3):2
Показания по приборам	Индикаторы		∑Δ И3
ΔИ3
И3
	∑Δ И2
ΔИ2
И2
	∑Δ И1
ΔИ1
И1
Тензометры	на арматуре	σs
∑Δ Т2
ΔТ2
Т2
на бетоне	σb
∑Δ Т1
ΔТ1
Т1
Изгибающий момент М, Н∙м
Нагрузка P, Н
Номер ступени	. . . . . .

3. Порядок проведения работ

Оснащение приборами и приспособлениями осуществляется после установки образцов на испытательные машины.

Загружение ведется ступенями, величина которых не должна превышать 0,05 ÷ 0,1 от разрушающей нагрузки. На каждой ступени нагружения делается выдержка 3 ÷ 5 мин. Под нормативной нагрузкой балки выдерживаются 10 мин. Во время выдержки снимаются отчеты по приборам, производится осмотр конструкции, фиксируется появление и развитие трещин, измеряется ширина их раскрытия и уровень расположения арматуры. Измеряются три-четыре наиболее раскрывшиеся трещины в одних и тех же местах, помеченных на боковых поверхностях образцов.

Все отчеты по приборам заносятся в специальный бланк-журнал испытаний (табл. 2).

Последние ступени нагружения рекомендуется уменьшать на половину. Это позволяет точнее установить величину разрушающей нагрузки.

По окончании эксперимента зарисовывается характер трещин и картина разрушения.

5. Обработка результатов экспериментов и порядок расчетов

По результатам обработки экспериментальных данных, сведенных в тал. 2, строятся графики зависимостей напряжений в бетоне и арматуре, а также прогибов от действующего изгибающего момента.

Теоретическое значение несущей способности балки по изгибающему моменту определяется из выражения:

(1)

где: R_b – расчетное сопротивление сжатию, полученное в лабораторной работе №1; b и h – принимаются по табл. 1;

A₀ = ξ∙(1-0,5∙ξ); (2)

R_s – расчетное сопротивление арматуры получено в лабораторной работе №1; A_s – принимается по табл. 1.

Сравниваем теоретическую и фактическую величины разрушающего момента:

(3)

Погрешность:

(4)

Теоретическое значение прогиба находим по следующему алгоритму:

1) (5)

где: M – изгибающий момент, при котором определяется прогиб; R_bn - получено в лабораторной работе №1;

2) (6)

где: β = 1,8 – для тяжелого бетона;

3) z = h₀∙(1- 0,5∙ξ); (7)

4) ψ_b = 0,9; ψ_s = 1,25 – φ_ls∙φ_m,

где: φ_ls = 1,1 – при классе бетона выше В7,5;

φ_ls = 0,8 – при классе бетона В7,5 и ниже;

где: R_btn – определяется из СНиП 2.03.01-84 по R_bn;

5) W_pl = (0,292 + 1,5∙μ∙α)∙b∙h² (для прямоугольного сечения с одиночной арматурой);

6) где: ν = 0,45; (8)

7) (9)

где: (10)

Сравниваем полученные результаты:

Теоретическое значение ширины раскрытия трещин определим из выражения:

(11)

где: δ = 1 – для изгибаемых элементов;

φ_l = 1 – при кратковременных нагрузках;

η = 1 – для стержней периодического профиля;

d – определяется из табл. 1.

Определяем разницу полученных результатов:

(12)

При расчете прогибов и ширины раскрытия трещин необходимо сравнить экспериментальные и теоретические результаты при одном и том же уровне загружения.

По результатам испытаний следует сделать краткие выводы.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3