Испытание железобетонной балки на изгиб с разрушением по нормальному сечению

Лабораторная работа № 1

1.1.Цель работы

Изучение работы железобетонной балки при изгибе с разрушением по нормальному сечению.

1.2.Задачи работы

1) Установление характера образования трещин на поверхности балки и измерение ширины раскрытия трещин.

2) Определение максимальных изгибов балки до образования трещин и после.

3) Определение значения разрушающей нагрузки и установление схемы разрушения балки.

4) Вычисление нагрузок при образовании первой трещины и при разрушении, прогибов, ширины раскрытия трещин и сравнение этих величин с аналогичными величинами, полученными при испытании.

1.3.Конструкция балки

Железобетонная балка изготовлена из тяжелого бетона и армирована плоским сварным каркасом.

Основные размеры и армирование испытываемой балки по данным обмера заносятся в таблицу.

Геометрические характеристики балки

Наименование величин, единицы измерения Обозначения Фактические значения
1. Длина балки, мм L 1215
2. Ширина сечения, мм b 65
3. Высота сечения, мм h 130
4. Рабочая высота, мм h Испытание железобетонной балки на изгиб с разрушением по нормальному сечению - student2.ru 112
5. Расстояние от нижней грани балки до центра тяжести растянутой арматуры, мм Испытание железобетонной балки на изгиб с разрушением по нормальному сечению - student2.ru 18
6. Расстояние от верхней грани балки до центра тяжести сжатой арматуры, мм Испытание железобетонной балки на изгиб с разрушением по нормальному сечению - student2.ru 18
7. Диаметр и класс растянутой арматуры, мм d А-4 12
8. Площадь поперечного сечения растянутой арматуры, мм Испытание железобетонной балки на изгиб с разрушением по нормальному сечению - student2.ru Испытание железобетонной балки на изгиб с разрушением по нормальному сечению - student2.ru 113,04
9. Диаметр и класс сжатой арматуры, мм d1 Вр-400 4
10. Площадь поперечного сечения сжатой арматуры, мм Испытание железобетонной балки на изгиб с разрушением по нормальному сечению - student2.ru Испытание железобетонной балки на изгиб с разрушением по нормальному сечению - student2.ru 12,56
11. Расчетный пролет балки, мм L Испытание железобетонной балки на изгиб с разрушением по нормальному сечению - student2.ru 111,5
12. Расстояние от опоры до точки приложения силы, мм Испытание железобетонной балки на изгиб с разрушением по нормальному сечению - student2.ru F 495

Испытание железобетонной балки на изгиб с разрушением по нормальному сечению - student2.ru

Рис 1. Конструкция железобетонной балки

1.4. Физико-механические характеристики бетона и арматуры

Прочность бетона Испытание железобетонной балки на изгиб с разрушением по нормальному сечению - student2.ru при при сжатии определяется при испытании стандартных контрольных кубов или цилиндров в соответствии с ГОСТ 10180-78 или приборами механического действия в соответствии с ГОСТ 22690.0.77…ГОСТ 22690.4.77.

Призменная прочность бетона, прочность бетона при растяжении и начальный модуль упругости определяется при испытании стандартных образцов, изготовленных одновременно с конструкциями из того же бетона. Эти характеристики могут быть определены по эмпирической прочности бетона Испытание железобетонной балки на изгиб с разрушением по нормальному сечению - student2.ru , выраженной в МПа.

Призменная прочность бетона в МПа равна:

Испытание железобетонной балки на изгиб с разрушением по нормальному сечению - student2.ru ;

Испытание железобетонной балки на изгиб с разрушением по нормальному сечению - student2.ru

Испытание железобетонной балки на изгиб с разрушением по нормальному сечению - student2.ru

Прочность бетона при сжатии в МПа определяется по формуле Фере:

Испытание железобетонной балки на изгиб с разрушением по нормальному сечению - student2.ru ;

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

Испытание железобетонной балки на изгиб с разрушением по нормальному сечению - student2.ru

Предел текучей арматуры и модуль упругости определяется при испытании образцов арматуры на растяжение, проводимых в соответствии с требованиями ГОСТ 12004-81. «Сталь арматурная. Методы испытания на растяжение».

Данные характеристики не следует отождествлять с нормативными и расчетными, приведенными в СНиП 2.03.01-84 и определяемыми в зависимости от класса бетона.

Физико-механические характеристики бетона и арматуры

Характеристики бетона, МПа Характеристики арматуры, МПа
Испытание железобетонной балки на изгиб с разрушением по нормальному сечению - student2.ru Испытание железобетонной балки на изгиб с разрушением по нормальному сечению - student2.ru Испытание железобетонной балки на изгиб с разрушением по нормальному сечению - student2.ru Испытание железобетонной балки на изгиб с разрушением по нормальному сечению - student2.ru растянутой Сжатой
Испытание железобетонной балки на изгиб с разрушением по нормальному сечению - student2.ru Испытание железобетонной балки на изгиб с разрушением по нормальному сечению - student2.ru Испытание железобетонной балки на изгиб с разрушением по нормальному сечению - student2.ru Испытание железобетонной балки на изгиб с разрушением по нормальному сечению - student2.ru
19,1 14,342 1,672 23,59 Испытание железобетонной балки на изгиб с разрушением по нормальному сечению - student2.ru 400 200000 395 200000

1.5.Испытание балки

При испытании железобетонных конструкций должны выполняться требования ГОСТ 8829-85. «Конструкции и изделия бетонные и железобетонные сборные. Методы испытания нагружением и оценка прочности, жесткости и трещиностойкости».

Балка перед испытанием должна быть побелена жидким раствором мела или извести. В местах опирания и загружения устанавливаются на гипсовом растворе металлические пластинки, препятствующие смятию бетона.

Испытание балки проводится на металлическом стенде в перевернутом на 180 градусов положении. Загружение балки производится гидравлическим домкратом, передающим сосредоточенную нагрузку F на два симметрично расположенные сечения балки.

Испытание железобетонной балки на изгиб с разрушением по нормальному сечению - student2.ru

Рис 1.2. Схема испытания балки

Сосредоточенную силу F прикладывают ступенями, размер которых составляет 5…10 % от ожидаемой разрушающей нагрузки F. После каждого этапа нагружения дается 3…5-минутная выдержка железобетонной балки под нагрузкой, во время которой производится осмотр балки и фиксируются образование трещин. После выдержки снимаются показания по индикаторам, фиксирующим перемещения балки. Деформация бетона растянутой зоны и нагрузку образования трещин определяют с помощью тензометров рычажного типа. После образования трещин определяются ширина раскрытия трещин с помощью отсчетного микроскопа МПБ-2. На поверхности балки карандашом проводятся линии параллельные трещинам, около которых проставляются номера этапов. Показания приборов заносятся в таблицу.

Ведомость испытания железобетонной балки

Номер этапа Нагрузка, кН Перемещение, мм, замеренные прогибомером Прогиб, мм Испытание железобетонной балки на изгиб с разрушением по нормальному сечению - student2.ru Ширина раскрытия трещин,мм Примечания
И-1( Испытание железобетонной балки на изгиб с разрушением по нормальному сечению - student2.ru )
0 0 448 0 - -
1,6 - -
2 3,2 448 0 - -
3 4,8 438 0,1 - -
4 6,4 433 0,15 - -
5 8,0 426 0,22 0,1 Появление трещен
6 9,6 421 0,27 0,11 -
7 11,2 412 0,36 0,14 -
8 12,8 406 0,42 0,2 -
9 14,4 395 0,53 0,25 -
10 16,0 385 0,63 0,25 -
11 17,6 378 0,7 0,27 -
19,2 0,79 0,28 -
13 20,8 354 0,94 -
14 22,4 разрушение

Строим график зависимости прогиба f от нагрузки F. Отклонения от линейной зависимости этого графика вызваны пластическими деформациями бетона и арматуры,

образованием и раскрытием трещин.

F(кН)

                   
                   
                   
                   
                   
                   
                   
                   
                   
                   

0 f(мм)

Рис. 1.3 . График прогибов испытываемой балки

Зарисовываем схема разрушения и схема образования трещин.

Испытание железобетонной балки на изгиб с разрушением по нормальному сечению - student2.ru

1.6.Расчет балки

1.6.1. Расчет трещиностойкости балки

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

Испытание железобетонной балки на изгиб с разрушением по нормальному сечению - student2.ru

Испытание железобетонной балки на изгиб с разрушением по нормальному сечению - student2.ru -момент, вызывающий появление трещин,

Испытание железобетонной балки на изгиб с разрушением по нормальному сечению - student2.ru -упругопластический момент сопротивления по растянутой зоне перед образованием трещин для бетонного сечения.

1.6.2. Определение прогибов

До появления трещин: Испытание железобетонной балки на изгиб с разрушением по нормальному сечению - student2.ru

Ожидаемый прогиб балки в середине пролета L Испытание железобетонной балки на изгиб с разрушением по нормальному сечению - student2.ru определяется по формуле:

Испытание железобетонной балки на изгиб с разрушением по нормальному сечению - student2.ru

Испытание железобетонной балки на изгиб с разрушением по нормальному сечению - student2.ru - коэффициент для шарнирно-опертой балки, загруженной двумя сосредоточенными силами F , расположенными на расстоянии аF от опор;

Испытание железобетонной балки на изгиб с разрушением по нормальному сечению - student2.ru - кривизна балки на участке действия максимальных изгибающих моментов

Испытание железобетонной балки на изгиб с разрушением по нормальному сечению - student2.ru ;

Испытание железобетонной балки на изгиб с разрушением по нормальному сечению - student2.ru

Испытание железобетонной балки на изгиб с разрушением по нормальному сечению - student2.ru - приведенный момент инерции железобетонного сечения, принятый для слабоармированной конструкции равным моменту инерции бетонного сечения;

Испытание железобетонной балки на изгиб с разрушением по нормальному сечению - student2.ru мм

После образования трещин: Испытание железобетонной балки на изгиб с разрушением по нормальному сечению - student2.ru

Ожидаемый прогиб балки в середине пролета L Испытание железобетонной балки на изгиб с разрушением по нормальному сечению - student2.ru определяется по формуле:

Испытание железобетонной балки на изгиб с разрушением по нормальному сечению - student2.ru

Испытание железобетонной балки на изгиб с разрушением по нормальному сечению - student2.ru - коэффициент для шарнирно-опертой балки, загруженной двумя сосредоточенными силами F , расположенными на расстоянии Испытание железобетонной балки на изгиб с разрушением по нормальному сечению - student2.ru от опор;

Испытание железобетонной балки на изгиб с разрушением по нормальному сечению - student2.ru

Испытание железобетонной балки на изгиб с разрушением по нормальному сечению - student2.ru

Испытание железобетонной балки на изгиб с разрушением по нормальному сечению - student2.ru

Испытание железобетонной балки на изгиб с разрушением по нормальному сечению - student2.ru мм

1.6.3.Определение ширины раскрытия трещин

Ширина раскрытия трещин в нормальных к продольной оси балки сечения:

Испытание железобетонной балки на изгиб с разрушением по нормальному сечению - student2.ru

Здесь Испытание железобетонной балки на изгиб с разрушением по нормальному сечению - student2.ru =1 для изгибаемых элементов,

Испытание железобетонной балки на изгиб с разрушением по нормальному сечению - student2.ru =1 при кратковременном действии нагрузки,

Испытание железобетонной балки на изгиб с разрушением по нормальному сечению - student2.ru =1,0 при арматуре Испытание железобетонной балки на изгиб с разрушением по нормальному сечению - student2.ru периодического профиля,

Испытание железобетонной балки на изгиб с разрушением по нормальному сечению - student2.ru =1,3 при гладкой стержневой арматуре,

d – диаметр растянутой арматуры в мм, Испытание железобетонной балки на изгиб с разрушением по нормальному сечению - student2.ru

Испытание железобетонной балки на изгиб с разрушением по нормальному сечению - student2.ru

1.6.4.Определение разрушающей нагрузки

Испытание железобетонной балки на изгиб с разрушением по нормальному сечению - student2.ru

Испытание железобетонной балки на изгиб с разрушением по нормальному сечению - student2.ru

- момент, вызывающий разрушение балки по нормальному сечению;

Испытание железобетонной балки на изгиб с разрушением по нормальному сечению - student2.ru - высота сжатой зоны бетона;

Испытание железобетонной балки на изгиб с разрушением по нормальному сечению - student2.ru

Испытание железобетонной балки на изгиб с разрушением по нормальному сечению - student2.ru

Условие выполняется.

1.7.Сравнение результатов эксперимента с данными расчета

На заключительном этапе сопоставляем расчетные и экспериментальные данные, делаем выводы о причинах отклонений расчетных данных от данных, полученных при испытании балки.

Относительные отклонения расчетных данных от данных, полученных при испытании, определяем по формуле:

Испытание железобетонной балки на изгиб с разрушением по нормальному сечению - student2.ru

Где Испытание железобетонной балки на изгиб с разрушением по нормальному сечению - student2.ru - значение силы, полученное при испытании,

Испытание железобетонной балки на изгиб с разрушением по нормальному сечению - student2.ru - значение силы, полученное из расчета.

Основные результаты испытаний и расчетов

Данные Испытание железобетонной балки на изгиб с разрушением по нормальному сечению - student2.ru , кН f , мм Испытание железобетонной балки на изгиб с разрушением по нормальному сечению - student2.ru , мм Испытание железобетонной балки на изгиб с разрушением по нормальному сечению - student2.ru , кН
Без трещин при F = 1,6 кН С трещинами при F = 19,2 кН
Опытные 7,9 0,1 22,4
Расчетные 2,167 1,898 19,798 0,174 16,589
Отклонения %

Вывод:

Экспериментальные и расчетные данные не сходятся, т.к. при изготовлении конструкции не возможно добиться идеальных условий. Погрешности будут создаваться на протяжении изготовления конструкции, что и приводит к различным значениям расчетных и экспериментальных данных.

Также невозможно добиться идеальных условий и при проведении эксперимента, т.к. погрешности будут создаваться при неправильно отрегулированном оборудовании и человеческого фактора.
МИНОБРНАУКИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Томский государственный архитектурно-строительный университет»

(ТГАСУ)

Строительный факультет

Кафедра «Железобетонные и каменные конструкции»

Лабораторная работа №1

“Испытание железобетонной балки на изгиб

с разрушением по нормальному сечению”

Выполнила:

студентка СФ гр. 110/5

Тур А.В.

Проверил:

Пахмурин О.Р.

Томск 2013г.

Наши рекомендации