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  | 112 |
| 5. Расстояние от нижней грани балки до центра тяжести растянутой арматуры, мм |  | 18 |
| 6. Расстояние от верхней грани балки до центра тяжести сжатой арматуры, мм |  | 18 |
| 7. Диаметр и класс растянутой арматуры, мм | d | А-4 12 |
8. Площадь поперечного сечения растянутой арматуры, мм  |  | 113,04 |
| 9. Диаметр и класс сжатой арматуры, мм | d1 | Вр-400 4 |
| 10. Площадь поперечного сечения сжатой арматуры, мм |  | 12,56 |
| 11. Расчетный пролет балки, мм | L  | 111,5 |
| 12. Расстояние от опоры до точки приложения силы, мм | F | 495 |
Рис 1. Конструкция железобетонной балки
1.4. Физико-механические характеристики бетона и арматуры
Прочность бетона 
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 , выраженной в МПа.
Призменная прочность бетона в МПа равна:
;
Прочность бетона при сжатии в МПа определяется по формуле Фере:
;
Начальный модуль упругости в МПа (по А.А. Гвоздеву):
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 | ||||||
 |  |  |  | растянутой | Сжатой | ||
 |  |  |  | ||||
| 19,1 | 14,342 | 1,672 | 23,59  | 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.
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  | Ширина раскрытия трещин,мм | Примечания |
И-1(  ) | |||||
| 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.
1.6.Расчет балки
1.6.1. Расчет трещиностойкости балки
Ожидаемая величина нагрузки, при которой появляются первые трещины, может быть определена по формуле:
-момент, вызывающий появление трещин,
-упругопластический момент сопротивления по растянутой зоне перед образованием трещин для бетонного сечения.
1.6.2. Определение прогибов
До появления трещин: 
Ожидаемый прогиб балки в середине пролета L определяется по формуле:
- коэффициент для шарнирно-опертой балки, загруженной двумя сосредоточенными силами F , расположенными на расстоянии аF от опор;
- кривизна балки на участке действия максимальных изгибающих моментов
;
- приведенный момент инерции железобетонного сечения, принятый для слабоармированной конструкции равным моменту инерции бетонного сечения;
мм
После образования трещин: 
Ожидаемый прогиб балки в середине пролета L определяется по формуле:
- коэффициент для шарнирно-опертой балки, загруженной двумя сосредоточенными силами F , расположенными на расстоянии 
от опор;
мм
1.6.3.Определение ширины раскрытия трещин
Ширина раскрытия трещин в нормальных к продольной оси балки сечения:
Здесь 
=1 для изгибаемых элементов,
=1 при кратковременном действии нагрузки,
=1,0 при арматуре 
периодического профиля,
=1,3 при гладкой стержневой арматуре,
d – диаметр растянутой арматуры в мм, 
1.6.4.Определение разрушающей нагрузки
- момент, вызывающий разрушение балки по нормальному сечению;
- высота сжатой зоны бетона;
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:
Где 
- значение силы, полученное при испытании,
- значение силы, полученное из расчета.
Основные результаты испытаний и расчетов
| Данные |  , кН | f , мм |  , мм |  , 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.