85891

ОСВИДЕТЕЛЬСТВОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ СООРУЖЕНИЯ НА ПРИМЕРЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОННОЙ БАЛКИ

Лабораторная работа

Архитектура, проектирование и строительство

Определение параметров для железобетонной балки неразрушающими методами контроля необходимые и достаточные для оценки несущей способности конструкции. Выполнение поверочного расчета железобетонной балки для установления фактической предельной нагрузки для оценки несущей способности с учетом...

Русский

2015-03-31

576 KB

5 чел.

Лабораторная работа 4

4. ОСВИДЕТЕЛЬСТВОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ СООРУЖЕНИЯ

НА ПРИМЕРЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОННОЙ БАЛКИ

4.1. Цель и задачи работы

Цель работы - ознакомление с методикой освидетельствования  и экспериментальной оценки состояния и работоспособности элементов сооружения, основанной на применении неразрушающих методов контроля.

Задачи работы:

  •  Выполнение анализа по результатам визуального освидетельствования  железобетонной балки.
  •  Определение параметров для железобетонной балки неразрушающими методами контроля, необходимые и достаточные для оценки несущей способности конструкции.
  •  Выполнение поверочного расчета железобетонной балки для установления фактической предельной нагрузки для оценки несущей способности с учетом действующих нормативных документов и полученных геометрических и физико-механических данных экспериментальным путем.
  •  Выполнение загружения железобетонной балки, определение прогибов балки, величины раскрытия трещин при ступенчатом загружение.  
  •  Выполнение анализа и сравнение результатов поверочных расчетов и экспериментальных исследований по 1 и 2 группам предельных состояний.
  •  Дать заключение о возможности дальнейшей эксплуатации конструкций.

Оборудование и приборы: рулетка, линейки металлическая по ГОСТ 427-75, электронный измеритель прочности бетона ИПС-МГ4, измеритель защитного слоя бетона ПОИСК-2.3, ультразвуковой тестер УК1401, индикатор часового типа,  микроскоп МПБ-3, железобетонная балка прямоугольного сечения, стенд для проведения испытаний.

4.2. Конструкция балки

Железобетонная балка (рис. 4.1) изготовлена из тяжелого бетона и армирована плоским сварным каркасом по чертежу, приведенному на рис. 4.2. Основные размеры и армирование испытываемой балки по данным обмера заносятся в табл. 4.1.

Рис. 4.1. Конструкция железобетонной балки

4.3.  Физико-механические характеристики бетона и арматуры

Прочность бетона  при сжатии определяется при испытании стандартных контрольных кубов или цилиндров в соответствии с ГОСТ 10180-90 или неразрушающими методами (электронный измеритель прочности бетона ИПС-МГ4, ультразвуковой тестер УК1401).

Рис.4.2. Проектная схема армирования железобетонной балки

Таблица 4.1

Геометрические характеристики балки

Наименование величин, единицы измерения

Обозначения

Фактические значения

1. Длина балки, мм

L

1580

2. Ширина сечения, мм

b

72

3. Высота сечения, мм

h

160

4. Рабочая высота, мм

h0

130

5. Расстояние от нижней грани балки до центра тяжести растянутой арматуры, мм

а

30

6. Расстояние от верхней грани балки до центра тяжести сжатой арматуры, мм

а'

-

7. Диаметр и класс растянутой арматуры, мм

d

14

8. Площадь поперечного сечения растянутой арматуры, мм2

 As

153

9. Диаметр и класс сжатой арматуры, мм

d'

-

10. Площадь поперечного сечения сжатой арматуры, мм2

A's

-

11. Расчетный пролет балки, мм (рис. 3.1)

L0

1500

12. Расстояние от опоры до точки приложения силы, мм (рис. 3.1)

750

Призменная прочность бетона, прочность бетона при растяжении и начальный модуль упругости определяются при испытании стандартных образцов, изготовленных одновременно с конструкциями из того же бетона. Эти характеристики могут быть определены по эмпирическим формулам при известной кубиковой прочности бетона, выраженной в МПа.

Призменная прочность бетона в МПа равна

.                          (4.1)

Прочность бетона при растяжении в МПа определяется по формуле Фере

.                                       (4.2)

Начальный модуль упругости определяется с помощью  ультразвукового тестера УК1401 (см. раздел 1).

Начальный модуль упругости в МПа (по А.А. Гвоздеву):

.                            (4.3)

Предел текучести арматуры (физический или условный) и модуль упругости определяются при  испытаниях образцов арматуры на растяжение, проводимых в соответствие с требованиями ГОСТ 12004-81* «Сталь арматурная. Методы испытания на растяжение» [19]. Значение  и, для испытываемой балки дается студентам преподавателем.

Физико-механические характеристики бетона и арматуры для испытываемой балки заносятся в табл.4.2.

Данные характеристики не следует отождествлять с нормативными и расчетными значениями, приведенными в СНиП 2.03.01-84* [6] и в СП 52-101-2003 [8, 12] и определяемыми в зависимости от класса бетона.

Таблица 4.2.

Физико-механические характеристики бетона и арматуры

  1.  

Характеристики бетона, МПа

Характеристики арматуры, МПа

растянутой

R

Rb

Rbt

Eb

σy

Es

48

35

3,09

35000

200000

4.4. Поверочный расчет обследуемых конструкций

Поверочный расчет обследуемых конструкций производят по СНиП 2.03.01-84* [6] и пособия к СП 52-101-2003 [12] с учетом результатов инструментальных измерений (уточненная расчетная схема, действительные размеры конструкции, фактические свойства, материалов, наличие дефектов и др.).

В данной работе рассмотрен поверочный расчет железобетонной балки по нормальному сечению работающей на изгиб.  Железобетонная балка загружена сосредоточенной нагрузкой.

Расчетная схема изгибаемого элемента прямоугольного сечения с одиночной арматурой приведена на рис.4.4.

Рис.4.4. Схема изгибаемого элемента прямоугольного сечения с одиночной арматурой

Расчетные формулы прочности:

Аb =b∙x;  

zb = h0 - 0,5∙x;

ΣNx=0. Rs As = Rb∙b∙x       (4.1) 

ΣMS = 0. M ≤ Rb∙ b∙x∙(h0 – 0.5∙x)     (4.2)

ΣMb = 0.     M ≤  Rs ∙As ∙ (h0 -0.5∙x).                                             (4.3)

где M - изгибающий момент от внешних нагрузок; b, h –  ширина и высота сечения; a - защитный слой бетона; RS -  расчетные сопротивления арматуры растяжению;  AS – площадь сечения арматуры; Rb - расчетное сопротивление бетона на сжатие; х – высота сжатой зоны бетона,  h0 - рабочая высота сечения; γb2 - коэффициент условия работы бетона по классу бетона.

ΣNx=0. Rs As = Rb∙b∙x

 365·153=35 ·72·х

                   х=0,022 м    

ΣMS = 0. M ≤ Rb∙ b∙x∙(h0 – 0.5∙x)

 M ≤ 0,44 МПа·м

ΣMb = 0.     M ≤  Rs ∙As ∙ (h0 -0.5∙x)

                   M ≤  0,66 МПа·м

Прочность сечения элемента будет обеспечена, если момент М от внешней нагрузки не превышает расчетного момента МВ внутренних усилий относительно центра тяжести сечения растянутой арматуры формула (4.2) или относительно центра тяжести сжатой зоны бетона формула (4.3).

Разрушение сечения может произойти либо вследствие достижения в растянутой арматуре предела текучести σS = RS, либо последующего разрушения бетона сжатой зоны при напряжениях в арматуре, меньших предела текучести, σS < RS.

Проверку прочности прямоугольных сечений с одиночной арматурой производят по пособию к СП 52-101-2003 [12]:

при из условия

            ,                                             (4.4)

где - высота сжатой зоны, равная ;

 м

               M ≤  Rs ∙As ∙ (h0 -0.5∙x)

              M ≤  5,5845·0,119

              M ≤  0,66  МПа·м

- см.   таблицу прил. 7;

Расчет по прочности нормальных сечений следует производить в зависимости от соотношения между значением относительной высоты сжатой зоны бетона , определяемым из соответствующих условий равновесия, и значением граничной относительной высоты сжатой зоны , при котором предельное состояние элемента наступает одновременно с достижением в растянутой арматуре напряжения, равного расчетному сопротивлению.

Значение определяют по формуле

,                                                  (4.6)

или по табл. прил. 7.

 ξR=

Расчетные сопротивления арматуры растяжению Rs следует определять по формуле

                                                                                                                          (4.7)

где gs - коэффициент надежности по арматуре, принимаемый равным для расчета по предельным состояниям первой группы:

для стержневой арматуры классов:

A-I, A-II и A-III  1,15

А-IV, A-V и А-VI  1,25

для проволочной арматуры классов:

В-I, В-II, Вр-II, К-7 и К-19  1,25

Bр-I  1,15

4.5. Определение разрушающей нагрузки при поверочных расчетах

Ожидаемая величина теоретической разрушающей нагрузки

                                                                                           (4.8)

где - изгибающий момент, вызывающий разрушение балки по нормальному сечению;

- высота сжатой зоны бетона;

                                                   ;                             (4.9)

.

Согласно СП 52-101-2003 [8]  ξR определяется по формуле

                                                                                            (4.10)

При в формулу для вместо  подставляется

                                                  .                                         (4.11)

Ми = 35∙ 0,72∙0,022∙(0,130 – 0.5∙0,068))= 0,053 МПа·м

 МПА

4.6. Расчет величины нагрузки образования первых трещин в балке

Ожидаемая величина нагрузки, при которой появляются первые трещины, может быть определена по формуле

                    ,                                             (4.12)

где  - момент, вызывающий появление трещин;

- упругопластический момент сопротивления по растянутой зоне перед образованием трещин для бетонного сечения согласно [11]  и - согласно [12].

МПа·м

МПА

4.7. Определение прогибов балки

Ожидаемый прогиб балки в середине пролета  определяется по формуле

                                        ,                                       (4.13)

в которой   - коэффициент для шарнирно опертой балки, загруженной двумя сосредоточенными силами F, расположенными на расстоянии  от опор;

- кривизна балки на участке действия максимальных изгибающих моментов , которая определяется:

    - до появления трещин (при  ) по формуле

                                 ,                                                    (4.14)

где - приведенный момент инерции бетонного сечения, принятый для слабо армированной конструкции равным моменту инерции бетонного сечения;

4.8. Определение ширины раскрытия трещин

Ширина раскрытия трещин в нормальных к продольной оси балки сечениях определяется по формуле (144) СНиП 2.03.01-84* [6]

               .

Здесь  - для изгибаемых элементов;

- при кратковременном действии нагрузки;

— при арматуре S периодического профиля;

- при гладкой стержневой арматуре;

d - диаметр растянутой арматуры, мм;

                     -   M и z см. пункт 4.7

Согласно СП 52-101-2003 [8] ширина раскрытия трещин равна

                  ,

где — при непродолжительном действии нагрузки;

      - для арматуры периодического профиля;

      — для изгибаемых элементов;

       ;

            ,             ;

- коэффициент, определяемый согласно прил. 10;

zs =0,875·130=113,75

σs=0,66/0,153·0,11375=37,92

 мм

- базовое расстояние  между трещинами, определяется по формуле

и принимается не менее 10d и 100 мм и не более 40d и 400 мм;

- площадь сечения растянутого бетона, ,

и  - высота растянутой зоны бетона.

Таблица 4.3. Результаты испытания железобетонной балки

№ этапа

Показания манометра,    кгс/см2

(МПА)

Нагрузка F, кН

Прогиб балки, мм

Ширина раскрытия трещин, мм

Примечание

0

0

     0

0

1

24,525

2.4525

0.6

-

2

49,05

4.905

1.2

0.1

3

73,573

7.3575

1.8

0.13

4

98,1

9.81

2.32

0.16

Рис. 4.6. График прогибов испытываемой балки

Рис. 4.7. Схема образования трещин и разрушения балки

PAGE  1


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

17703. ОСНОВИ ТЕОРІЇ ДЕРЖАВИ І ПРАВА 483.5 KB
  ОСНОВИ ТЕОРІЇ ДЕРЖАВИ І ПРАВА 1. Походження сутність та ознаки держави Відомо що держава існувала не завжди а її утворенню передував первіснообщинний устрій який являв собою стародавній тип колективного виробництва і був результатом слабкості окремої людин...
17704. ОСНОВИ КОНСТИТУЦІЙНОГО ПРАВА УКРАЇНИ 554 KB
  ОСНОВИ КОНСТИТУЦІЙНОГО ПРАВА УКРАЇНИ 1. Поняття предмет і джерела конституційного права України Етимологія слова конституція походить від лат. constitutio устрій установлення. Але ще у Стародавній Греції Арістотелем було сформоване уявлення про конституці...
17705. ОСНОВИ АДМІНІСТРАТИВНОГО ПРАВА УКРАЇНИ 544 KB
  ОСНОВИ АДМІНІСТРАТИВНОГО ПРАВА УКРАЇНИ 1. Управління як об’єкт адміністративного права Адміністративне право об’єктивно взаємопов’язане з таким соціальним явищем як управління. Сам термін від лат. аdministratio управління став універсальним засобом для хар...
17706. ОСНОВИ ФІНАНСОВОГО ПРАВА УКРАЇНИ 354 KB
  ОСНОВИ ФІНАНСОВОГО ПРАВА УКРАЇНИ 1. Фінансове право України: поняття предмет правового регулювання та система Самостійність та особливість фінансового права як галузі права зумовлена наявністю предмета та методу правового регулювання. Фінансове право Ук
17707. ОСНОВИ БАНКІВСЬКОГО ПРАВА УКРАЇНИ 354.5 KB
  ОСНОВИ БАНКІВСЬКОГО ПРАВА УКРАЇНИ 1. Банківське право України: поняття та предмет правового регулювання Банківське право як і кожна інша галузь права має притаманний лише їй предмет і метод. Предметом банківського права є банківська діяльність. Що розумієт...
17708. ОСНОВИ ЦИВІЛЬНОГО ПРАВА УКРАЇНИ 881.5 KB
  ОСНОВИ ЦИВІЛЬНОГО ПРАВА УКРАЇНИ 1. Цивільне право України: поняття предмет правового регулювання та система. Цивільне законодавство Цивільне право це одна з провідних галузей національного права України яка регулює певну групу правових відносин за уча...
17709. ОСНОВИ СІМЕЙНОГО ПРАВА УКРАЇНИ 225.5 KB
  ОСНОВИ СІМЕЙНОГО ПРАВА УКРАЇНИ 1. Поняття сімейного права його принципи та джерела. Сімейне законодавство України Серед різноманітних суспільних відносин урегульованих правом виокремлюють сферу досить складних людських стосунків які засновані на родинн
17710. ОСНОВИ ГОСПОДАРСЬКОГО ПРАВА УКРАЇНИ 466 KB
  ОСНОВИ ГОСПОДАРСЬКОГО ПРАВА УКРАЇНИ 1. Поняття предмет та методи правового регулювання господарського права Господарське право це сукупність правових норм що регулюють суспільні відносини у сфері організації та здійснення господарської діяльності між ...
17711. ОСНОВИ ТРУДОВОГО ПРАВА УКРАЇНИ 485.5 KB
  ОСНОВИ ТРУДОВОГО ПРАВА УКРАЇНИ 1. Поняття предмет принципи та функції трудового права Протягом усього життя людина не може обійтися без використання результатів праці. Отже процес праці існує майже стільки скільки існує людство. Тількино дитина народилася