Экспериментальное исследование деформаций железобетонных плит c односторонними опорными связями

Внедрение: 2017 г.

Учёными Брянского государственного инженерно-технологического университета разработана методика расчета железобетонных плит методом конечных элементов при возможности учета односторонних связей. С применением Установки измерительной LTR было проведено экспериментальное исследование для проверки точности предложенной методики расчета.

На рисунке 1,а приведена конечно-элементная схема для участка плиты, где кромка A является свободной, B – свободно опертой с заданием односторонних связей. На рисунке 1,б показана диаграмма деформирования условных вертикальных стержней, где L, ΔL – исходная длина стержня и абсолютное ее изменение; N – продольная сила в стержне; α, β – задаваемые малые углы. Задание таких диаграмм позволяет приближенно описывать односторонние связи в рамках физически нелинейной задачи.
 

Рисунок 1. a – разбивка участка плиты на конечные элементы; б – диаграмма растяжения-сжатия конечных элементов для условных стержней, описывающих односторонние связи: 1 – слоистые конечные элементы бетона; 2 – конечные элементы арматуры; 3 – опорные конечные элементы.
 

На основе разработанного алгоритма выполнялся расчет деформаций прямоугольной в плане плиты (рисунок 2,а). Рассматривалось свободное опирание плиты по сторонам AF, AC, CD и отсутствие опирания по стороне FD. Принималось, что объект нагружен силами тяжести плиты и направленной вниз (против оси Az) равномерно распределенной по площади силой интенсивностью q на квадратной площадке со стороной 250 мм. Значения q задавались в интервале [21,6…130,4] кПа с шагом 6,4 кПа. Рассчитывалась половина симметричной конструкции (рисунок 2,б).

Рисунок 2. а – схема железобетонной плиты; б – система конечных элементов бетона и арматуры; в, г – эскиз и фото экспериментальной установки; д – расположение тензорезисторов: 1 – плита; 2 – опорная рама; 3 – балка-рычаг; 4 – штамп нагружения; 5 – поддон для грузов; 6 – грузы; 7 – опора рычага.

В эксперименте условия работы плиты, принятые в расчетной схеме, моделировались на испытательном стенде (рисунок 2,в,г). Нагружение осуществлялось с помощью балки-рычага через штамп 250x250 мм. Прогибы плиты определялись индикаторами часового типа. Для образца 1 выполнялись замеры деформаций с использованием тензометрических датчиков Т1-Т8 (рисунок 2,д). Применялись константановые фольговые тензорезисторы BX120-50AA с измерительной базой 50 мм и сопротивлением 120,0±2 Ом, которые крепились к поверхности плиты и компенсационного фрагмента бетона с помощью однокомпонентного этил-цианокрилатного клея холодного отверждения. Использовался крейт LTR-EU-2 с модулями сбора данных тензоизмерений LTR212 и управляющая программа LGraph2. С частотой 150 Гц фиксировались величины относительных линейных деформаций.

На рисунке 3 показано сопоставление расчетных данных (с помощью программ DIVLOC и STARK ES) с полученными экспериментальными данными для относительных линейных деформаций по тензорезисторам T5, Т7, T8, расположенным в наиболее напряженной области плиты, и для прогиба плиты в точке E.

Рисунок 3. а, б, в – относительные линейные деформации для тензорезисторов T5, Т7, T8 образца 1; г – прогибы плиты в точке E.

Разработанный метод конечно-элементного анализа деформирования железобетонных плит обеспечивает возможность учета нелинейного поведения железобетона и односторонних опорных связей при дискретном представлении арматурных стержней. Использование данного метода может повысить точность описания работы железобетонных систем в практике проектирования строительных объектов.

Источник:
Серпик И.Н., Муймаров К.В., Швачко С.Н. Алгоритм расчета и экспериментальное исследование деформаций железобетонных плит с односторонними опорными связями // Известия Юго-Западного государственного университета. – 2017. – Т. 21, № 2 (71). – С. 99-109.

Разработчик: Серпик И.Н., Муймаров К.В., Швачко С.Н. (ФГБОУ ВО «Брянский государственный инженерно-технологический университет»)