Рассмотрим некоторый изгибаемый железобетонный элемент (балка, лежащая на двух опорах загруженная сосредоточенными силами).
В приопорных сечениях изгибаемых элементов действуют не только изгибающие моменты, но и поперечные силы.
Изгибающие моменты приводят к образованию нормальных напряжений, а поперечные силы приводят к образованию касательных напряжений.
При этом нормальные напряжения достигают максимума на верхней и нижней поверхностях элемента, а касательные на нейтральной оси (проходящей через центр тяжести элемента).
Рассмотрим некоторый элемент, с весьма малыми размерами с центром расположенным не на нейтральной оси.
На данный элемент действуют совместно нормальные и касательные напряжения (по закону о парности касательных напряжений, величины касательных напряжений действующие по двум смежным граням равны)
В соответствии с положениями теории упругости, при действии на элемент нормальных и касательных напряжений, можно повернуть элемент на некоторый угол таким образом, что по граням элемента будут действовать только нормальные или только касательные напряжения. Такие нормальные напряжения называют главными.
|
|
Повернем элемент таким образом, чтобы по граням элемента действовали только нормальные напряжения. Применительно к рассматриваемому примеру для элементов лежащих выше нейтральной оси этот угол будет больше 45°, а для элементов лежащих ниже нейтральной оси – меньше 45°, для элементов лежащих на нейтральной оси - 45° (т.к. как в исходном, не повернутом положении на элемент действуют только касательные напряжения).
Рисунок. Главные растягивающие напряжения (слева – направление, справа – направление и величина)
Рисунок. Главные сжимающие напряжения Рисунок. Главные сжимающие и растягивающие напряжения
После преобразования (поворота) главных осей можно увидеть, что для рассматриваемого элемента одни из главных напряжений будут растягивающими, а другие сжимающими.
При превышении главными растягивающими напряжениями предела прочности бетона при растяжении (расчетного сопротивления) образуется трещина в соответствующем направлении. Так как главные растягивающие напряжения являются наклонными к продольной оси элемента, то и трещина образуется под углом к продольной оси элемента.
Наклонными трещинами называются такие трещины, которые расположены под углом к продольной оси элемента.
Так как основной причиной вызывающей образование трещин под углом (отличным от 90°) к продольной оси элемента являются касательные напряжения, то можно сделать два обобщения:
- наклонные трещины образуются в местах действия касательных напряжений, т.е. могут появляться не только в изгибаемых элементах, но и в элементах подверженных кручению (как чистому кручению, так и кручению с изгибом).
|
|
- наклонные трещины не могут образовываться при отсутствии касательных напряжений, в том числе в элементах, подверженных преимущественно действию продольной нагрузки одного знака (сжатые или растянутые) и чистому изгибу (при отсутствии поперечных сил).
Как показывают результаты экспериментов, разрушение изгибаемых железобетонных элементов по наклонным сечениям может происходить по трем основным схемам:
1) от действия сжимающих напряжений по наклонной сжатой полосе между наклонными трещинами;
2) от действия растягивающих напряжений по площадке наклонной трещины;
3) от действия изгибающего момента по наклонной трещине.