Влияние коэффициента поперечного армирования

↑

▷ Содержание

⇐ ПредыдущаяСтр 11 из 13Следующая ⇒

Исследование влияние количества поперечного армирования арматуры усиления (коэффициента поперечного армирования) на несущую способность при продавливании выполнялось на 9 КЭ моделях, моделирующих сопряжение плиты с промежуточной колонной. Все основные влияющие параметры на работу плит при продавливании – прочность бетона, геометрические размеры, продольное армирование плиты и т.д., за исключением количества поперечного армирования, сохранялись постоянными. Параметры моделей приведены в табл. 3.2.

В диссертации под коэффициентом поперечного армирования (m _sw) принимается отношение площади поперечной арматуры (А_sw), попадающей в пирамиду продавливания, к площади бетона расчётного поперечного сечения (A_b). При этом размер пирамиды и угол наклона ее боковых граней принимались в соответствии с действующим нормами СП 63.13330.2012.

Изменение количества поперечного армирования достигалось изменением площади арматуры усиления при сохранении геометрических параметров расположения стержней и предела текучести поперечной арматуры. Процент поперечного армирования (m _sw) варьировался в диапазоне от 0 до 0,87%.

Общий вид КЭ модели показан на рисунке 3.1. Для сокращения времени расчёта моделей использовался принцип симметрии, т.е. моделировалась четверть узла.

Результатами расчёта являлись: прогиб в середине плиты, напряжения в поперечной и продольной арматуре, характер трещинообразования и разрушающая нагрузка образцов.

Рисунок 3.1. Общий вид КЭ модели

Расположение поперечного армирование принималось в форме креста. Шаг поперечных стержней составлял s = 50 мм (0,43· h ₀).

Вклад бетона F_b в общую несущую способность на продавливание F_ult принимался равным прочности эталонного образца, без поперечной арматуры.

Вклад поперечной арматуры F_sw в несущую способность принимался равным разнице продавливающей силы модели с поперечной арматурой и эталонного образца.

Величины разрушающих нагрузок для численных моделей в зависимости от коэффициента поперечного армирования приведены в таблице 3.3, а графики прогибов образцов приведены на рисунке 3.2.

Таблица 3.3

Результаты расчёта

Рисунок 3.2. Прогибы численных моделей

Рисунок 3.3. Вклад поперечной арматуры в общую несущую способность на продавливание в зависимости от коэффициента поперечного армирования

Из таблицы 3.3 следует, что с ростом процента поперечного армирования несущая способность возрастает, при этом, как следует из графика на рисунке 3.2 значительно возрастают и деформации образцов в предельной стадии до 2,6 раза. Зависимость вклада поперечной арматуры в несущую способность плит от коэффициента поперечного армирования приведена на рисунке 3.3.

Из графика видно, что с увеличением коэффициента поперечного армирования повышается вклад поперечной арматуры в общую несущую способность на продавливание. Влияние зависимости носит нелинейный характер и с ростом коэффициента поперечной арматуры рост вклада поперечной арматуры в общую несущую способность образцов замедляется и при содержании поперечной арматуры свыше 0,43% несущая способность образцов практически не повышается.

Результатами расчётов установлено, что при 0 ≤ m _sw ≤ 0,43% разрушение моделей происходит в зоне поперечного армирования с достижением в поперечных стержнях предела текучести (рис. 3.4). При m _sw > 0,43% в поперечной арматуре не достигается предел текучести и разрушение в образцах происходит в зоне от грани колонны до 1-го ряда поперечной арматуры усиления (см. рис. 3.5).

Рисунок 3.4. Напряжения в поперечных стержнях. Образец М2

(m _sw ≤ 0,43%)

Рисунок 3.5. Напряжение в поперечных стержнях. Образец М10

(m _sw > 0,43%)

Из графиков на рисунках 4.4 и 4.5 следует, что напряжения в поперечных стержнях остаются равными усилию от предварительного напряжения до нагрузок, равных 30%...50% от разрушающей. Также видно, что напряжения в поперечной арматуре по удалению от колонны распределены неравномерно и с удалением от колонны затухают.

В стадии близкой к разрушению наблюдается выравнивание напряжений в стержнях с 1-го по 5-й ряд (зона от 0 до 2,2∙ h ₀ от грани колонны) и достижение напряжений предела текучести.

Следует также отметить следующую особенность в моделях с m _sw > 0,43% (разрушение по грани колонны): при нагрузках 90-95% от разрушающей, происходит падение напряжения в поперечных стержнях 1-го ряда. Данный эффект можно объяснить тем фактом, что при высоких коэффициентах поперечного армирования критическая трещина в плите в стадии близкой к разрушению образуется в зоне между поперечной арматурой и колонной.

Таким образом, по результатам анализа влияния количества арматуры усиления можно сделать следующие выводы:

− усиление плиты на продавливание путем постановки поперечной арматуры значительно увеличивает несущую способность до 89% и деформативность плиты при продавливании до 3 раз;

− по результатам численного моделирования не выявлено минимальное количество поперечной арматуры, т.е. даже при относительно небольшом количестве арматуры, усиление является эффективным;

− при коэффициенте поперечного армирования m _sw > 0,43% меняется механизм разрушения плиты при продавливании: разрушение происходит по грани колонны, в поперечных стержнях напряжения не достигают предела текучести.

4.3 Влияние предварительного напряжения поперечной арматуры усиления

Для исследования влияния предварительного напряжения s _p поперечной арматуры усиления на несущую способность плит при продавливании было проведено три численных эксперимента. В этих экспериментах s _p величина преднапряжения изменялась от 25 до 75% от предела текучести арматуры усиления. Остальные параметры численных моделей (см. табл. 3.2) оставались неизменными. Поперечная арматура принималась с пределом текучести 400 МПа. Модуль упругости поперечных стержней принимался равным 210 ГПа.

В результате расчётов были определены несущая способность F_ult, предельные прогибы u_ult моделей, напряжения в стержнях на каждом этапе нагружения. Значения несущей способности образцов и прогибов представлены в таблице 3.4. Все образцы разрушились в зоне поперечного армирования.

Рисунок 3.6. Диаграммы деформирования образцов с различными величинами преднапряжений поперечной арматуры усиления

Таблица 3.4

Результаты расчётов

Из рисунка 3.6 следует, что увеличение момента затяжки поперечных шпилек практически не отражается на несущей способности и деформативности плиты модели.

Напряжения в арматуре усиления в зависимости от величины предварительного напряжения в ходе нагружения приведены на рисунках 3.7 – 3.9. Из рисунка 3.7 видно, что напряжения в поперечных стержнях в модели PR-1 начинают возрастать при нагрузках 60% от разрушающей нагрузки. Также следует отметить, что напряжения в стержнях 1-го ряда начинают расти только при нагрузках 80% от разрушающей.

Наибольшие напряжения достигают стержни 1-го и 2-го ряда (в зоне от 0 до h ₀ от грани колонны). Напряжения в остальных стержнях не превышают величины 50-60% от предела текучести. При нагрузках 95% от разрушающего, напряжения в поперечных стержнях 1-го ряда достигают предела текучести и далее падают до значения 320 МПа в момент разрушения.

Рост напряжения в поперечных стержнях 2-го ряда остановился при нагрузках 95%, достигнув 80% от предела текучести и далее снижается до 63% от предела текучести перед разрушением.

Рисунок 3.7. Напряжение в поперечных стержнях. Образец PR-1

Рисунок 3.8. Напряжение в поперечных стержнях. Образец PR-2

Рисунок 3.9. Напряжение в поперечных стержнях. Образец PR-3

В модели PR-2 рост напряжений в арматуре усиления начинается при нагрузке 90% от разрушающей (рис. 3.8). Напряжения в поперечных стержнях первого ряда возрастали очень быстро и при нагрузке 97% от разрушающей достигли предела текучести и дальше снижались до значений 80% от предела текучести. Напряжения в стержнях второго ряда росли неравномерно и достигли предела текучести в момент разрушения. Рост напряжений в остальных рядах происходил очень медленно и в момент разрушения достигли величины 50-60 % от предела текучести.

Из рисунка 3.9 видно, что в модели PR-3 напряжения от продавливающей нагрузки возникают только в стержнях 1-го ряда. Напряжения в стержнях 1-го ряда начинают возрастать при нагрузке, равной 95% от разрушающей и, достигнув предела текучести при нагрузке 97%, начинают снижаться.

Таким образом, численными исследованиями показано, что предварительное напряжение поперечных стержней практически на сказывается на величине несущей способности и деформативности плит образцов при продавливании.

Познавательные статьи:



Техника прыжка в длину с разбега

Организация работы процедурного кабинета

Области применения синхронных машин

Оптимизация по Винеру и Калману