Ответ №11. Три стадии напряженно-деформативного состояния сечений элементов под нагрузкой

При изгибе железобетонного элемента различают три характерные стадии напряжённо-деформированного состояния:

Стадия I. При малых нагрузках напряжения в бетоне и арматуре малы, в бетоне развиваются преимущественно упругие деформации. Эпюры напряжений в сжатой и растянутой зонах почти прямолинейные (рис. 2, а).

При увеличении нагрузки напряжения в бетоне и арматуре возрастают, в бетоне развиваются как упругие, так и неупругие деформации, эпюры напряжений слабо искривляются, нейтральная ось балки перемещается в сторону сжатой грани балки.

Стадия I характеризуется отсутствием трещин в растянутом бетоне и усилия воспринимаются всем сечением. При определении напряжений допускается использование зависимостей сопротивления упругих материалов.

Конечным этапом этой стадии является стадия Iа, при которой напряжения в бетоне на растянутой грани балки достигают сопротивления бетона на растяжение R_bt.

Стадия II наступает с появлением трещин в растянутой зоне, так что характерным для этой стадии является работа железобетона при наличии трещин. Напряжения в растянутой зоне бетона в сечении, проходящем по трещине, принимаются равными нулю по всей высоте растянутой зоны. Небольшими растягивающими напряжениями на участке между концом трещины и нейтральной осью обычно пренебрегают. Напряжения в сжатой зоне бетона стадии II остаются меньше сопротивления бетона сжатию R_b, а в растянутой арматуре вначале равны какому-то значению , а на конечном этапе, т.е. в стадии IIa, могут (при мягких сталях) достигать R_s = (предела текучести).

Стадия III предшествует разрушению элемента. Эпюра сжимающих напряжений в бетоне ввиду развития значительных пластических деформаций сильно искривляется. Напряжения в сжатой зоне бетона достигают R_b, а в арматуре R_s = . При этом трещины в растянутой зоне получают значительное раскрытие, жёсткость балки снижается, прогибы быстро растут и балка разрушается.

Характер разрушения балок в стадии III зависит от количества и механических свойств растянутой арматуры. В нормально армированных балках, в которых количество растянутой арматуры не превышает определённого предела, разрушение начинается со стороны растянутой арматуры. По достижении в ней предела текучести происходит быстрое нарастание пластических деформаций арматуры и прогибов балки, вследствие чего напряжения в сжатой зоне бетона достигают R_b и бетон разрушается. Т.о., перед разрушением железобетонного элемента в нормальном сечении образуется «пластический шарнир», в котором напряжения как в арматуре, так и в бетоне достигают предельных значений. На основании этого принципа (предложенного А.Ф. Лолейтом – см. п. 1.5) расчётные формулы несущей способности элемента могут быть получены из одних только условий статики.

Если в качестве растянутой арматуры применена сталь с малым относительным удлинением при разрыве, разрушение сжатой зоны бетона и растянутой арматуры происходит почти одновременно и хрупко.

В изгибаемых элементах с весьма высоким содержанием растянутой арматуры (переармированных) разрушение начинается со стороны сжатой зоны бетона, при этом в растянутой арматуре напряжения могут не достигать предельных значений.

В загруженной железобетонной балке в сечениях с различными значениями изгибающего момента могут одновременно наблюдаться все указанные стадии напряжённо-деформированного состояния (рис. 2, б).

Большинство железобетонных конструкций при их эксплуатации находятся в стадии II, поэтому она кладётся в основу расчёта по деформациям элементов, в которых образование трещин допустимо.