Характеристика испытуемой балки и схема испытания

1 2 3

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

для выполнения лабораторных работ

по железобетонным конструкциям

для студентов специальности 290300

"Промышленное и гражданское строительство"

(дневная и заочная формы обучения)

Г. Ростов-на-Дону

2005

- 2 -

УДК 624.012.45 076.5

Методические указания для выполнения лабораторных работ по железобетонным конструкциям для студентов специальности 290300 "Промышленное и гражданское строительство" (дневная и заочная формы обучения) –

Ростов н/Д: Рост. гос. строит. ун-т, 2005. – 20 с.

Изложены способы теоретического и экспериментального определения несущей способности, трещиностойкости и деформативности железобетонных балок (прямоугольного поперечного сечения); несущей способности железобетонных стоек; методика обработки и анализа полученных данных.

Составители: канд. техн. наук,

доц. А.П. Коробкин;

канд. техн. наук,

доц. В.Е. Чубаров

Рецензент: канд. техн. наук,

ст. преп. А.В. Шилов

Редактор Н.Е. Гладких

Темплан 2005 г., поз. 89 а.

Подписано в печать 24.02.05.

Формат 60´84 1/16. Бумага писчая. Ризограф.

Уч.-изд.л.,1,5. Тираж 150 экз. Заказ 117.

Редакционно-издательский центр

Ростовского государственного строительного университета

344022, Ростов-на-Дону, 22, ул. Социалистическая, 162

Ó Ростовский государственный

строительный университет, 2005

- 3 -

ВВЕДЕНИЕ

Лабораторные работы по железобетонным конструкциям проводятся с целью обучения студентов методам испытаний и оценки работы конструкций, закрепления теоретических знаний.

В результате проведения лабораторных работ студенты получают практические навыки:

1) организации испытаний железобетонных конструкций;

2) измерения деформаций конструкций с помощью приборов;

3) определения момента образования и ширины раскрытия трещин, а также характера разрушения железобетонных конструкций;

4) обработки и анализа данных, полученных в ходе эксперимента;

5) сопоставления теоретических данных с опытными и составления заключения о проведении испытания.

Перед началом лабораторных работ преподаватель знакомит студентов с правилами техники безопасности и поведения в лаборатории. После соответствующего оформления записи в журнале техники безопасности студенты допускаются к работе в лаборатории.

Основные требования правил техники безопасности изложены в приложении.

СОСТАВ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

1. Испытание на изгиб железобетонной балки с разрушением по нормальному сечению.

2. Испытание на изгиб железобетонной балки с разрушением по наклонному сечению.

3. Испытание на внецентренное сжатие железобетонной стойки с разрушением по 1 случаю.

МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

Любые операции, связанные с замером опытных величин, должны иметь соответствующее метрологическое обеспечение.

Под метрологическим обеспечением понимается комплекс научных основ, организационных мероприятий, технических средств, правил и норм, необходимых для достижения единства и требуемой точности измерений. Применительно к лабораторным и научно-исследовательским испытаниям элементов железобетонных конструкций мерами, входящими в метрологическое обеспечение, являются, в частности, следующие:

- 4 -

1) методика испытаний, оценка результатов испытаний, оформление результатов испытаний должны соответствовать ГОСТ 8829-94 "Изделия строительные железобетонные и бетонные заводского изготовления. Методы испытаний нагружением. Правила оценки прочности, жесткости и трещиностойкости";

2) все измерительные приборы, используемые при проведении лабораторных испытаний, должны находиться под систематическим метрологическим надзором – в соответствии с ГОСТ 8. 002-86 "Государственный надзор и ведомственный контроль за средствами измерений";

3) все измеряемые непосредственно и определяемые косвенно величины должны быть выражены в СИ: их наименование, обозначение и правила применения должны соответствовать ГОСТ 8. 417-81 "Метрология. Единицы физических величин".

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

ИСПЫТАНИЕ НА ИЗГИБ ЖЕЛЕЗОБЕТОННОЙ БАЛКИ С РАЗРУШЕНИЕМ ПО НОРМАЛЬНОМУ СЕЧЕНИЮ

/ Испытание проведено "___" ______________ 20 г. /

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: 1) сопоставление теоретических и опытных значений разрушающих моментов, моментов трещинообразования и прогибов балки;

2) определение теоретических и опытных напряжений в арматуре балки;

3) наблюдение характера разрушения изгибаемого железобетонного элемента по нормальному сечению.

Характеристика испытуемой балки и схема испытания

1.1. Общий вид балки

- 5 -

1.2. Каркас

1.3. Схема испытания

Т-1 – тензометр на растянутой арматуре с базой l₃= 20 мм;

И-1, И-2, И-3 – индикаторы;

Д-1 – тензодатчик на растянутой арматуре;

Д-2, Д-3, Д-4 – тензодатчики на бетоне сжатой зоны.

1.4. Данные для расчета

Прочностные характеристики бетона и арматуры определяются по результатам ранее испытанных образцов:

1.4.1. Бетон

R = ; R_b = R ( 0,77 - 0,001 R) =;

R_bt = 5 R/( 45 +R) =

Значения R в формуле для определения R_b, R_bt подставляется в МПа.

- 6 -

1.4.2. Арматура

A_s= (d _s = ); s_y= ;

A^¢_s= (d_s^¢ = ); s^¢_y= .

Значения s_y, s^¢_y определяются опытным путем или принимаются равными значениям R_sn (s^¢_y< R_sc) по табл. 19 [1].

1.4.3. Размеры

b = ; h = ; l₁= ; l₂= ;

l_o= l - 2 l₂= ; c = ; c^¢ = ;

a = a_s+ d/ 2 = ; a^¢= a^¢_s+ d^¢/ 2 = ;

h_o= h – a = .

2. Теоретические расчеты (выполняются в м, Н, кН, Па, Нм, кНм).

2.1. Определние теоретического разрушающего момента

2.1.1. Расчетная высота сжатой зоны

где - относительная граничная высота сжатой зоны бетона, определяемая по формуле:

w – характеристика сжатой зоны бетона, определяемая по формуле:

2.1.2. Теоретический разрушающий момент

Если расчетная высота сжатой зоны, определенная с учетом половины сжатой арматуры (0,5 А^¢_s):

- 7 -

< 2 a^¢,

то расчетную высоту сжатой зоны и теоретический разрушающий момент определяют без учета арматуры (принимая A^¢_s = 0).

2.1.3. Теоретическая разрушающая нагрузка при двух сосредоточенных грузах, симметрично расположенных в пролете, равна

;

2.1.4. Соответствующее усилие в домкрате 2 .

2.2. Теоретический момент трещинообразования

2.2.1. Изгибающий момент, воспринимаемый сечением перед образованием трещин (без учета влияния усадки бетона)

где

g =1,75 – для прямоугольного сечения согласно п. 4.3 [2].

; ,

где Е_s, E^¢_s – значения модулей упругости растянутой и сжатой арматуры, принимаются в зависимости от класса арматуры по табл. 29 [1];

E_b – значение начального модуля упругости бетона, принимается по интерполяции в зависимости от величины R по табл. 18 [1];

W_red – определяется в предположении, что центр тяжести приведенного сечения совпадает с геометрической осью (для данных опытных образцов ошибка составляет 1-2 %).

2.2.2. Сосредоточенная теоретическая нагрузка в момент образования трещин

- 8 -

2.2.3. Соответствующее усилие в домкрате .

По расчету при усилиях в домкрате < балка должна работать без трещин в бетоне растянутой зоне, а при усилиях в домкрате > - с трещинами.

Поэтому во время проведения испытания для примерного сопоставления теоретических и опытных моментов усилий трещинообразования необходимо фиксировать нагрузку, при которой появятся видимые трещины. В железобетонных элементах момент трещинообразования обычно наступает раньше появления видимых трещин и может быть определен только специальными методами.

2.3. Теоретический прогиб балки

2.3.1. Прогиб балки до образования трещин

Для сопоставления теоретических и опытных прогибов в стадии работы балки до трещинообразования теоретический прогиб надо определить при значениях нагрузки, меньших усилия трещинообразования.

где , F₁ = F_exp < F_crc.

2.3.2. Прогиб балки после образования трещин

рнг ,

где

F₂ = F_exp> F_crc; М₂= F₂l₂= .

y_b – коэффициент, учитывающий неравномерность распределения деформаций крайнего сжатого волокна бетона по длине участка с трещинами. Для тяжелого бетона y_b = 0,9 (см. п.4.27. [1]);

n_b - коэффициент, характеризующий упругопластическое состояние бетона сжатой зоны. При непродолжительном действии нагрузки n_b = 0,45 (см. табл. 35 [1]);

- 9 -

y_s – коэффициент, учитывающий работу растянутого бетона на участке с трещинами (см. п. 4.29 [1]).

;

; ;

Плечо внутренней пары сил:

Для элементов прямоугольного сечения величины l и z вычисляются при подстановке в расчетные формулы вместо величин h^¢_f значения 2а ^¢ или h^¢_f = 0 соответственно при наличии или отсутствии сжатой арматуры.

;

< 1;

j_ls – коэффициент, учитывающий влияние длительности действия нагрузки и принимаемый по табл. 36 [1]. При непродолжительном действии нагрузки и при классе бетона > В 7,5 для стержней гладкой арматуры j_l_s =1; для арматуры периодического профиля j_l_s = 1,1.

где М = М₂ (см. выше).

2.4. Теоретические напряжения в растянутой арматуре

при 2F₂= или М₂= ;

z – см. выше.

- 10 -

Испытание балки

Этапы загружения балки должны составлять не более 0,1 от теоретического разрушающего усилия в домкрате.

3.1. Журнал испытания (см. таблицу).

3.2. Обработка результатов испытания.

3.2.1. Опытная разрушающая нагрузка.

Балка разрушилась по нормальному сечению при 2 F_exp = или

М_exp= F_exp l₁ = .

3.2.2. Опытные прогибы

f_exp = - измерены по показаниям индикаторов

(см. журнал испытания).

3.2.3. Опытные напряжения в растянутой арматуре.

;

где D n – разность отсчетов тензометра между отсчетом при рассматриваемой нагрузке 2 F₂ и начальным (при 2 F = 0) отсчетом;

l₃ – база тензометра, равная 20 мм;

0,001 – цена одного деления тензометра в мм;

ε_s^exp – может также определяться умножением на 10^-5разности отсчетов тензодатчика Д-1 на арматуре при рассматриваемой нагрузке 2 F₂ и начальным (при 2 F = 0) отсчетом.

3.2.4. Опытные деформации сжатого бетона

ε_b^exp определяется как усредненное значение разности отсчетов по тензодатчикам Д-2, Д-3, Д-4 на бетоне при рассматриваемой нагрузке 2 F₂ и начальными (при 2 F =0) отсчетами, умноженное на 10^-5.

3.2.5. Графики "напряжения в арматуре – момент – прогиб" и "деформации в бетоне – момент" строятся по экспериментальным значениям.